Physiker erstellen für fehlerfreie Quanten-Computing "Pseudo-Partikel"
Wir möglicherweise einen Schritt näher an Quanten-computing, die von Natur aus vor Fehlern geschützt ist. Physiker an der Universität Kopenhagen haben erfolgreich eine exotische Art von Pseudo-Partikel erstellt, die immun gegen Einmischung von außen ist. Die Ergebnisse werden in einem neuen Papier in der Naturbeschrieben.
Im Gegensatz zu einem klassischen Computer mit Bits, 0 und 1 darstellen, speichert ein Quantencomputers Informationen in "Qubits." Dank der Verrücktheit der Quantenmechanik kann solch ein Qubit in zwei Staaten auf einmal werden 0 und 1, wie Schrödingers Katze gleichzeitig lebendig und tot bis eine Messung ist oder Beobachtung gemacht. Es ist eine Überlagerung der Staaten genannt.
Es gibt viele vorgeschlagene Methoden für den Aufbau eines Quantencomputers, aber die meisten haben ein gemeinsames Problem: die Quanten-Information muss von allen externen Lärm in der Umgebung abgeschirmt werden. Die geringste Störung – ein einzelnes Photon, das Atom zu stoßen, die Sie verwendet haben, zu verschlüsseln und speichern Ihre Daten, zum Beispiel – wird dazu führen, dass das gesamte System zu "decohere", so, dass die alles entscheidende Überlagerung, mit dem Ihr Qubit 0 und 1 werden zur gleichen Zeit, verloren geht. Das bedeutet Fehler in Ihren Berechnungen.
"Es ist fast wie die Umwelt, die uns in eine der vielen möglichen Zustände Tyranne," sagte Spyridon Michalakis, Physiker am Caltech Institute for Quantum Information und Materie (IQIM), Gizmodo.
Physiker haben in den letzten Jahren für die Quanten-Fehlerkorrektur geniale Methoden geplant, durch die Nutzung des Phänomens der Verschränkung. Auf diese Weise können sie die Daten zu überprüfen, ohne dass eine tatsächliche Messung und bewahrt somit die Überlagerung. Aber was passiert, wenn konnte man eingebauten Schutz vor Störungen von außen, so dass Fehlerkorrektur überflüssig? Das ist die Idee hinter topologische Quantencomputer, des Fokus von Charles Marcus und Kollegen an der Universität Kopenhagen Niels Bohr Institut, gestützt durch eine Großinvestition von Microsofts Station Q-Initiative.
"Es ist fast wie die Umwelt, die uns in eine der vielen möglichen Zustände Tyranne."
Mathematisch gesehen unterscheidet sich die Topologie von Geometrie. Ein Ball ist eine sehr andere Form aus einem Cube, geometrisch gesehen, aber von einem topologischen Standpunkt, es sind die gleichen, da Sie ineinander verformen können, ohne ein Loch oder einen Schnitt machen.
"Wenn Sie Geometrie in Ihre Quanten-Computer verwenden, Sie Dinge sehr präzise drehen müssen um ein Quanten-Tor zu bauen," sagte Michalakis. Ansonsten Fehler ansammeln und die gesamte Berechnung abzuwerfen. Aber eine topologische Qubit ist so stabil, dass Sie einer anderen, wie Sie, drehen können möchten, sofern eine vollständige Schleife um einen einfachen Knoten oder Zopf erstellen zu vervollständigen.
Okay, aber wie baut man eine topologische Qubit? Erstens müssen Sie spezielle Arten von Pseudo-Teilchen genannt Anyons zu erstellen. Wir betrachten in der Regel Elektronen zu Elementarteilchen, das heißt, unteilbar in kleinere Bestandteile. Aber die Dinge seltsam wenn man bis zu zwei Dimensionen. In diesem Raum ermöglicht die Quantenmechanik ein Elektron in zwei (oder drei) kleinere Komponenten, jede mit einem Bruchteil der Kosten aufgeteilt. Sie sind wie Luftblasen, bilden in einer Quantum Flüssigkeit. Diese Bläschen sind die Anyons. "Wir bekommen einfach nie, sie zu sehen, es sei denn, wir sehr spezifische Bedingungen zu schaffen", sagte Michalakis.
Solche Teilchen "gibt es nicht auf eigene Faust, aber sie können erstellt werden, mit einer Kombination von Materialien mit Supraleitern und Halbleiter," Marcus sagte in einer Erklärung. Supraleitung ist die Fähigkeit der Elektronen fließen durch ein Material mit Null-Widerstand von Reibung, einem Zustand, in der Regel bei sehr niedrigen Temperaturen in der Größenordnung von flüssigem Helium oder flüssigem Stickstoff erreicht. Marcuss Gruppe erstellt im Wesentlichen eine neue Art von topologischen Supraleiter.
Wie das folgende Video erklärt, können Sie auch Anyons wie Nadeln, jeweils mit einer Schnur gehen wir zurück zu den Anfängen der Zeit vorstellen. Wenn ein anderes Elektron eines jener Anyons Kreise, verknoten die "Fäden"; Es ist sogar möglich, wie viele Male zu verfolgen, dies geschieht.
Dies ist wichtig wegen der Natur der Supraleitung. Viel wie das Betreten der Spur für Fahrgemeinschaften auf einer Autobahn, können Elektronen nur auf die supraleitende "Überholspur" paarweise springen. Anyons kann aufgeteilt und ihren Partnern jedoch; Sie bekommen eine Freikarte ohne die üblichen Zahlen "Energie Maut," nach Michalakis.
Physiker verbunden mit Microsofts Station Q und Caltechs IQIM zuerst schlug die Idee eines topologischen Quantencomputers vor einigen Jahren, während Physiker der Universität Delft in den Niederlanden fand den ersten Beweis für Anyons in 2012. Es war noch ein anderes Team an der University of Maryland, die ein System besteht aus einem supraleitenden Material mit einer dünnen halbleitenden Nanodraht obenauf vorgestellt. Marcus und seine Kollegen Copenhagen invertiert, dass Design. Sie eine ultra dünne halbleitenden Nanodraht hergestellt und dann drückte eine supraleitende Schicht oben drauf, wie gequetscht auf einen Hot Dog Senf.
Der Trick war, dann die Nanodrähte, ausreichende Länge wachsen, gab es keine Überschneidungen zwischen den beiden Hälften des Elektrons an beiden Enden (infolge von dual Wellennatur solcher Partikel). Wenn die Enden der Nanodraht zu eng beieinander liegen, werden die beiden Hälften in eine ganze Elektron rekombinieren. Aber bekommen sie ausreichend weit voneinander entfernt, und Elektronen werden in zwei Teile, einen an jedem Ende der Nanodraht aufgeteilt.
Das ist das Ergebnis in die neue Natur -Papier beschrieben: Marcus und seine Kollegen zeigten, dass Kitaevs theoretischen Vorhersagen korrekt waren. Gibt es eine exponentielle Verbesserung in diesen Anyons zu machen, je weiter Sie trennen die beiden Enden der Nanodraht.
Und die weitere Trennung, desto robuster ist die Anlage zur Einmischung von außen. "Um seinen Quantenzustand zu zerstören, habt ihr an beiden Enden zur gleichen Zeit, zu handeln, was unwahrscheinlich ist," Co-Autor Sven Albrecht in einer Erklärung sagte.
Die Beobachtung von diesen Anyons auf Nanodrähte stellt einen wichtigen ersten Schritt in Richtung eines topologischen Quantencomputers arbeiten. Im nächste Schritt soll laut Michalakis experimentell zu testen, ob ein Prototyp Quantum Gerät demonstriert verschmelzen wird, dass Flechten sollte möglich sein. Dann ist es nur eine Frage der herauszufinden, wie man die Anyons zum Speichern von Quanteninformation Geflecht.
Die bautechnischen Herausforderungen am Bau eines topologischen Quantencomputers Arbeiten beteiligt sind natürlich gewaltig. Aber in der Lage, bestehende halbleitende und supraleitende Materialien zu verwenden wird dem Pfad zum Prototyp, die viel einfacher, denn Physiker sollte in der Lage, eine Vielzahl von bestehenden Technologien zu nutzen.
[Natur]
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