Beam Me Up: Bits von Informationen teleportiert über Computer-Chip

Die Quantenmechanik erlaubt für einige sehr seltsame Dinge, wie die Teleportation von Informationen und Computern, die selbst die härtesten Codes brechen kann.

Vor kurzem haben Wissenschaftler an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich einen Schritt in Richtung Aufbau eines Quantencomputers arbeiten durch Teleportation Bits von Informationen über einen Computer-Chip. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift Nature Aug. 15 detaillierte.

Erstellen einer solchen Schaltung ist ein wichtiger Meilenstein, sagte Benjamin Schumacher, Professor für Physik am Kenyon College in Ohio. "Jeder weiß wirklich, wenn Sie jemals einen echten Quantencomputer zu machen, muss es solid-State, sein", sagte Schumacher, der nicht in der neuen Forschung beteiligt war. "Solid State" bezieht sich auf Computern mit einem Stück Transistoren gebaut – ohne bewegliche Teile und Komponenten, die in sich abgeschlossen sind. Nahezu jedes elektronische Gerät ist mit Solid-State-Elektronik gebaut. [Verrückte Physik: die coolsten Quantenteilchen erklärt]

Bill Munro, Wissenschaftler am japanischen Telefon Riese NTT, die umfangreichen Forschung in Quanten-computing geleistet hat, sagte das ETH-Team-Arbeit ist ein "sehr schönes Experiment," fügte hinzu: "Es ist wirklich zeigt Prototypen die Technologie" Herstellung eines Quantencomputers beteiligt.

Bisherigen Teleportation Experimente haben Laser benutzt, um Quanteninformation zwischen Photonen zu transportieren. Aber das ist nicht so praktisch für den Aufbau von echten Computer. Solid-State-Schaltungen, auf der anderen Seite sind eine bekannte Gebiet und Computerchip-Hersteller verfügen über jahrzehntelange Erfahrung in der Miniaturisierung sie, sagte Schumacher.

Neues Experiment der Wissenschaftler nutzten eine Eigenschaft von Quantum Physik genannt Verschränkung zu teleportieren Quantenbits, genannt Qubits. Wenn zwei Teilchen interagieren, sie bilden eine Verbindung – sie sind verstrickt –, dass eine Aktion durchgeführt betrifft, auch wenn sie durch große Entfernungen voneinander getrennt sind. Zusätzlich, egal wie weit auseinander sie sind, wenn Sie den Zustand von einem Teilchen kennen, wissen Sie sofort den Zustand des anderen.

Teleportieren qubits

Um die Teleportation einzurichten, setzen die Wissenschaftler 3 Mikrometer elektronische Schaltungen (wobei 1 µm ist ein Millionstel eines Meters) auf einem winzigen Computerchip 0,3 von 0,3 Zoll (7 von 7 Millimeter). Zwei der Kreise waren die Absender, während das andere als Empfänger diente. Die Wissenschaftler den Chip zum absoluten Nullpunkt in der Nähe von gekühlt und einen Strom in den Schaltkreisen eingeschaltet.

Bei dieser Temperatur begann die Elektronen in den Kreisen, die die Qubits, Verhalten nach Quantum mechanische Regeln (in diesem Fall, verheddern.

Das ETH-Team Informationen in Form von Spinzustände in der sendenden Schaltungen Qubits kodiert und vermessen sie. Zur gleichen Zeit Maßen die Forscher den Zustand des Qubits im Empfänger. Das Senden und empfangen von Qubits Staaten wurden korreliert – die Informationen gewesen teleportiert.

Die Teleportation war nicht die einzige Errungenschaft. In der Regel in Teleportation Experimente, die Informationsübertragung nicht zuverlässig, was bedeutet, dass das Experiment nicht zuverlässig wiederholt werden kann. "Vor allem für große Objekte, die Erfolgsquote oft klein,", sagte Co-Studienautor Arkady Fedorov von der University of Queensland in Australien. "Sie führen Sie das Experiment Millionen Mal und es funktioniert." In diesem Experiment funktionierte die Teleportation fast jedes Mal.

Die ETH-Gruppe auch es geschafft, ein Qubit aus Milliarden von Elektronen, fast ein Viertel Millimeter auf, ist die Teleportation groß. "Es nicht mehr wie ein Photon, das Sie nicht sehen können oder einige Atom in einer Falle," sagte Fedorov.

Da das Qubit nicht durch den dazwischen liegenden Raum gehen, vielleicht einige Fragen, ist dies eine Möglichkeit, schneller als das Licht kommunizieren. Es ist nicht, bemerkte Schumacher. Das liegt daran, obwohl zwei verschränkte Teilchen korrelierte Staaten teilen, ist es unmöglich, die Staaten vorher wissen. Gibt es eine 50 / 50 Chance ein Teilchen im Zustand A oder b werden [10 seltsame Auswirkungen von Reisen schneller als das Licht]

Quantencomputer?

Für Quantencomputer nicht jedoch sofortige Übertragung kritische. Vielmehr ist die Fähigkeit Quantenbits in zwei Staaten gleichzeitig sein Schlüssel an die Realität dieser Computer.

In einem gewöhnlichen oder Klassik Computer, die Bits-der 1 s und 0 s, aus denen sich die Sprache der Computer-Code – haben einen bestimmten Zustand. Sie sind entweder 1 oder 0. Qubits kann jedoch in beiden Staaten gleichzeitig. Sie sind in einem Zustand als Überlagerung bezeichnet. In der Quantenmechanik ein physikalisches System hat keinen definitiven Zustand, bis es beobachtet wird – das heißt, bis es in der Umgebung einige Spuren hinterlässt.

Dieses Phänomen ist sehr verschieden von der Art und Weise Menschen normalerweise Dinge erleben, aber es ist in der berühmten Schrodinger Katze Gedankenexperiment skizziert. Bild einer Katze in einer Box mit einem Fläschchen von Giftgas, das geöffnet wird, wenn ein winziges Stück radioaktives Metall ein Alpha-Teilchen emittiert, wie es zerfällt. Ein Alpha-Teilchen emittierende ist ein quantenmechanischer Prozess, d.h. ob es in einer bestimmten Strecke der Zeit geschieht grundsätzlich zufällig ist. In diesem Sinne beim Öffnen der Box, hat die Katze eine 50 / 50 Wahrscheinlichkeit des Seins lebendig oder tot.

In der klassischen Mechanik würde die Physik vorschreiben, dass die Katze lebendig oder tot war, bevor wir den Kasten zu öffnen; Wir sehen es nur nicht. Aber in der Quantenmechanik, die Katze ist in beiden Staaten – ebenso wie die Qubits in der Teleportation Experiment in beiden Staaten sind, bevor sie eingehalten werden.

Das ein weiterer Aspekt der Arbeit, die es einzigartig macht, sagte Schumacher. Für die Qubits in ihrer doppelten Zustand verbleiben können nicht sie die Interaktion mit der Umgebung in keiner Weise. Ein Computer-Komponenten, müssen jedoch nützlich sein, miteinander interagieren. "Sie haben zwei widersprüchliche Anforderungen", sagte er. "Die Qubits müssen miteinander interagieren und die Teile müssen von der Außenwelt isoliert werden." "

Raymond LaFlamme, geschäftsführender Direktor des Instituts für Quanten-Computing an der University of Waterloo in Waterloo, Ontario, sagte, dass das Experiment ist ein großer Schritt, weil sie nicht nur teleportieren Qubits, sondern die logische Operationen wie Addition oder Subtraktion impliziert. "Sie können die Transformation, die Sie tun," sagte er, "Sie verwandeln das Bit... und dann drehen Sie das Bit von 0 auf 1."

Fedorov sagte, dass zukünftige Experimente wahrscheinlich bedeuten würde immer die Teleportation in mehr als einen Chip zur Arbeit mit mehr Qubits.

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