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.

Ein topologische Quantencomputer würde Qubits zu einer Art Knoten Flechten. Verschiedene Arten von Flechten würde verschiedene Rechenaufgaben codieren, und diese Strukturen topologisch stabil sein würde. Sie wäre in der Lage, sie zu manipulieren, ohne Sie zu zerstören die Überlagerung machen solch einen Computer von Natur aus robuster.

"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]

Kontaktieren Sie den Autor unter [email protected]. Folgen Sie auf Twitter @JenLucPiquant.

Verwandte Artikel

Hat das Alter der Quanten-computing angekommen?

Es ist eine knifflige Konzept mit dem Potenzial, die Welt und kanadischen Technologieunternehmen, das zu ändern, dass D-Wave behauptet, der Code geknackt haben Seit Charles Babbages konzeptionelle, unrealisierte Analytical Engine in den 1830er Jahren, Inf...

"Zupfen" Lichtteilchen aus Laserstrahlen könnte vorrücken Quanten-Computing

Eine neuartige Methode zur "zupfen" einzelne Lichtteilchen aus einem Laserpuls zu großen Durchbrüche in der Quanten-computing führen könnte, sagen Forscher. Mit einer Kombination von unterkühlten Atomen und modernster optischer Technologie, konn...

Was ist los mit Quanten-Computing

Sie haben gehört, dass viele Menschen inzwischen – auch für uns – Hämmern auf über Quantencomputer, und wie sie die Zukunft der High-Performance-computing. Quantencomputer, wir sind dazu gedacht, zu verstehen, die Welt verändern soll. Aber trotz seiner Ve...

Jeder soll in der Lage zu erklären, Quanten-Computing wie Justin Trudeau

Als der kanadische Premierminister Justin Trudeau ein Journalist über die Grundlagen der Quantencomputer gestern geschult, war ich zunächst als entzückt und begeistert wie alle anderen. Aber dann eine nagende Gefühl der Betroffenheit. Warum sollte dies so...

IBM geknackt nur eines der größten Probleme, Quanten-Computing

Quanten-computing komplexe Berechnungen trivial machen konnte – aber es ist derzeit mit Problemen behaftet. Nun hat aber IBM eines der größten gelöst ermöglicht es, die internen Fehler zu erkennen, die ansonsten Quanten Berechnung unbrauchbar machen könnt...

Vorbeifahrenden Quantum Geheimnisse: Die nächste Stufe über Quanten-Computing

Quanten-Fertigung Das auf atomarer Skala aufgenommene Bild zeigt einen Querschnitt durch einen potenziellen Kandidaten für die Bausteine eines Quantencomputers, ein Halbleiter-Nano-Ring. Elektronen gefangen in diese Ringe weisen die seltsamen Eigenschafte...

Die Quanten-computing-Ära steht vor der Tür... schnell

Erreichen Prozessoren, mit denen die Fremdheit der Quantenmechanik angeblich viel Problemlösungs-schneller als standard-Computern – aber was werden die Auswirkungen auf die Sicherheit? "Die Welt ist nicht nur sonderbarer, als wir annehmen," sagt...

Versuchen Sie Ihr Glück bei Quanten-Computing mit Googles Quantum Spielplatz

Überhaupt gewundert, was all die Aufregung rund um Quanten-computing war? Nun, jetzt erfahren Sie für sich selbst mit Googles Quantum Computing Spielplatz, wodurch Sie die Art von Software zu schreiben, die man auf einem Quantencomputer laufen würde. Es k...

Ein Quanten-Computer ist nicht fast so einfach wie es klingt

[youtube]c5Az7Rez3Rk[/youtube] Man könnte meinen, dass Quantencomputer in stark bewacht Labs, mit vielen Männern in weißen Anzügen vorhanden Besatzung Kontrollstationen unergründlicher Bildschirme und Diagramme voller. Eigentlich gibt es sie in einem klei...

Forscher lösen nur eines der größten Probleme Quanten-Computing

Quanten-computing ist wie Graphen eine spannende, aber unendlich schwer fassbaren technologische versprechen. Einer der Gründe – unter vielen – Quantencomputer noch genau eine Realität nicht ist, dass wir in der Lage, Fehler in Quantum Berechnungen effekt...

Physiker erstellen "Urin schwarze Löcher" zur Lösung des Problems der Spritzschutz

Gute Nachrichten für Khaki gekleidete Männer geplagt von gesprenkelte Färbung ihrer Hose aus Urin Spritzen zurück: Physiker haben finden Sie das optimale Unterdrückung von Splash Design für die Einfügung einer Urinal, wodurch ein "Urin schwarzes Loch...

Physiker können jetzt Quantenverschränkung bei Raumtemperatur erreichen.

Quantenverschränkung – der Prozess aber dem Spanplatten Staaten werden untrennbar miteinander verbunden, obwohl Sie nirgendwo nahe einander - erfolgt in der Regel bei unglaublich niedrigen Temperaturen. Aber nicht mehr: jetzt Physiker das Gesetz bei...

Technik der Computer der Zukunft, ein Atom zu einem Zeitpunkt

Einsatz von Computern anhand der irrsinnig Physik des QuantumsWelt, hoffen Forscher nun Realität auf molekularer Ebene zu simulierenbesser als je zuvor. Wissenschaftler wollen Moleküle auf Computern zu simulierenum besser zu verstehen und zu verbesse...

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 ein...