"Selten" Atom-Befund kann Quantencomputer voraus.

Quantencomputer könnte Codes zu knacken und komplexere Simulationen als aktuelle Maschinen ausführen, aber eigentlich Aufbau einer ist schwer zu tun. Die Bits, die diese komplexen Daten speichern lange nicht, weil sie von einzelnen Atomen bestehen, die durch streunende Elektronen und Photonen in der Umgebung herum geschlagen zu bekommen.

Geben Sie ein Team von Physikern an Deutschlands Karlsruhe Institute of Technology. Sie fanden einen Weg, um die Bits zu lange genug dazu Berechnungen mit, mit der magnetischen Eigenschaften von ein Seltenerd-Element namens Holmium und die Symmetrie des Platin. Das Experiment, morgen detailliert (14 November)-Ausgabe der Zeitschrift Natur ist, ist ein wichtiger Schritt bei der Erstellung von Quantencomputern und Quantenspeicher nützlich machen.

Was Quantencomputer mächtig macht, ist die Natur des Gebisses. Normale Computer haben Bits, die 1 oder 0, in der Strom in einem Stromkreis oder die Ausrichtung von magnetischen Feldern auf einem Datenträger gespeichert sind. Die Verrücktheit der Quantenphysik können Quantenbits, genannt Qubits, 0 und 1 zur gleichen Zeit zurückzuführen. Das bedeutet, dass ein Quantencomputer bestimmte Arten von Berechnungen viel, viel schneller tun kann. [Verrückte Physik: die coolsten Quantenteilchen erklärt]

Eine Möglichkeit für Qubits zum Speichern von Informationen in den so genannten Spin magnetischen Momente der Atome. Elementarteilchen wie Elektronen können Drehungen haben, die entweder nach oben oder unten sind. Die gesamte Spins der Elektronen – jeder hat eine Drehung des Hälfte — wird veranlassen, das magnetische Moment, das ist eine Methode zur Messung wieviel Drehmoment ein magnetisches Feld auf eine Schleife der Leitung ausüben könnte. In Atomen im Moment hat eine Richtung, genau wie die Spins, und es ist entweder nach oben oder unten.

Magnetische Momente

In der Studie unter der Leitung von Toshio Miyamachi platziert die Forscher ein einzelnes Atom Holmium auf einem Blatt aus Platin mit einem Rastertunnelmikroskop. Die Holmium-Atom Momente waren in einem bestimmten Zustand, entweder nach oben oder nach unten. Die nach oben oder unten Zustand dargestellt ein wenig Informationen, eine 1 oder 0, aus denen sich die Sprache der Computer. [Fakten über Metalle der seltenen Erden (Infografik)]

Um die Chancen, die eine streunende Photonen oder Elektronen mit dem Holmium-Atom interagieren würde, arbeitet der ganze Apparat in der Nähe von absoluten Nullpunkt Temperaturen.

Normalerweise hätte sie die Holmium magnetisches Moment Zustand höchstens ein paar Millisekunden dauern. Physiker Wulf Wulfhekel, dessen Labor die Arbeit gemacht, sagte LiveScience, dass andere Forschungsgruppen, die es geschafft haben. Aber seine Labor-Gruppe gelungen, die Holmium für ca. 10 Minuten in einem bestimmten Zustand zu halten. Auf einem Computer, das ist eine lange Zeit.

"Eines der wichtigsten Probleme mit Quanten-Computern ist, dass die Quantenbits seine Informationen ziemlich schnell verliert... In unserem Fall würde Sie haben 10 Minuten Zeit, um die Berechnung durchzuführen"Wulfhekel schrieb in einer e-Mail.

Der Schlüssel für die lang anhaltende Spinzustand magnetisches Moment war die Anordnung der Atome in der Platin. Atome Spin Staaten aufregen, weil ein paar Elektronen im Metall, immer unterwegs sind. Also, wenn ein Holmium (oder andere) Atom steht ganz oben auf der Platin-Schicht, den Spinzustand eines Elektrons vorbei wird mit derjenigen der Holmium-Atom speichern das Bit link und spiegeln das magnetische Moment, den Quantenzustand zu ruinieren.

Die Platin-Atome waren, in ein Muster, die dreifache Symmetrie, hatte die Mittel, die ein Objekt ein Drittel des Weges herum gedreht sieht genauso aus wie beim starten. Würde man die Größe eines Holmium Atom und stehen auf der Platin, Sie das gleiche Muster um 120 Grad gedreht, wie eine Reihe von sechseckigen oder dreieckige Fliesen auf einer Etage sehen würden, sagte Wulfhekel.

Die insgesamt Spin von inneren Elektronen die Holmium fügt bis zu 8 – und diese Zahl ist nicht teilbar durch drei, die die Symmetrie des Platins ist. Das bedeutet, dass die Holmium-Atome sind "unsichtbar" für die Elektronen durch das Platin.

"Das ist wirklich ein schönes Ergebnis", sagte Michael Flatté, Professor für Physik an der University of Iowa und Experte für Spintronik. Flatté, der nicht in der Forschung beteiligt war, sagte, dass das Papier wird voraussichtlich einflussreich sein, weil es ein weiterer Ansatz zur Stabilisierung Spinzustände anhand der Struktur des Materials selbst zeigt.

Besser als ein Diamant?

Trotzdem gibt es noch einiges zu tun. Flatté darauf hingewiesen, dass es gibt andere Materialien, die dieses Phänomen zeigen – einer von ihnen ist Diamant, und es muss nicht bei kryogenen Temperaturen gehalten werden. Aber das Problem ist, dass für einen Computer, nützlich zu sein man die Bits manipulieren zu können muss. Größere Atome, wie Schwermetalle, sind einfacher, mit zu arbeiten, weil es möglich ist, sie bewegen sich mit elektrischen oder magnetischen Feldern.

Das einer der Gründe, die diese Arbeit so wichtig ist, sagte Flatté. Miyamachi und Wulfhekel fand einen Weg, um den Zielkonflikt zwischen Atomen, die sind einfach zu interagieren, aber zur gleichen Zeit können hängen an ihren Quantenzustände.

"Dies ist ein ansprechendes System", sagte er. "sie haben noch einen weiten Weg zur Herausforderung Diamant."

Wulfhekel, sagte sein Experiment nur ein einzelnes Atom beteiligt, und um als ein echter Computer nützlich wäre erforderlich, etwas, das der Schwerpunkt der zukünftigen Arbeit sein wird.

Das Team wird auch bei anderen Elementen freuen. Praseodym besteht die Möglichkeit, obwohl Wulfhekel sagte, dass er es noch nicht versucht hat nicht. Die Bit-Speicherung von Atomen haben, Spins einen nicht ganzzahligen Verhältnis der Symmetrie der Atome um sie herum, haben so dass das beschränkt die Anzahl der Elemente zur Verfügung.

"Könnte man Promethium, aber das ist radioaktiv," sagte er. Folgen Sie uns @livescience , Facebook & Google + .