• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Komputer kwantowy bliższy rzeczywistości

    30.09.2010. 15:49
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Międzynarodowy zespół badawczy pracujący pod kierunkiem naukowców z Uniwersytetu w Bristolu w Wlk. Brytanii opracował nowe podejście do informatyki kwantowej, które będzie można wkrótce wykorzystać do wykonywania złożonych obliczeń, niewykonalnych dla współczesnych komputerów. Badania zostały w części sfinansowane z projektu QUANTIP (Zintegrowana fotonika kwantowa), który otrzymał nieco ponad 2 mln EUR z tematu "Technologie informacyjne i komunikacyjne" (TIK) Siódmego Programu Ramowego (7PR). Wyniki badań zostały zaprezentowane w czasopiśmie Science.

    Na potrzeby badań naukowcy opracowali krzemowy chip, który można wykorzystać do przeprowadzenia złożonych obliczeń i symulacji z użyciem cząstek kwantowych. Są przekonani, że ich urządzenie stanowi nową drogę do komputera kwantowego - komputera o dużej mocy, który wykorzystuje bity kwantowe (kubity) zamiast tradycyjnych bitów stosowanych we współczesnych komputerach.

    W odróżnieniu od tradycyjnych bitów czy tranzystorów, które mogą znajdować się w jednym z dwóch stanów (1 lub 0) w danym momencie, kubit może być w kilku stanach jednocześnie i może służyć do utrzymywania i przetwarzania znacznie większych ilości informacji w krótszym czasie.

    "Panuje powszechne przekonanie, że komputer kwantowy nie zostanie zbudowany przez co najmniej następnych 25 lat" - mówi profesor Jeremy O'Brien, Dyrektor Ośrodka Fotoniki Kwantowej przy Uniwersytecie w Bristolu. "Niemniej my jesteśmy przekonani, że przy wykorzystaniu naszej techniki komputer kwantowy mógłby wykonywać obliczenia wykraczające poza możliwości tradycyjnych komputerów już w ciągu najbliższych 10 lat."

    Nowa technika wykorzystuje dwie identyczne cząstki światła (fotony) poruszające się wzdłuż sieci układów w krzemowym chipie, wykonując doświadczenie zwane spacerem kwantowym. Doświadczenia w zakresie spacerów kwantowych, wykorzystujące jeden foton były przeprowadzane wcześniej i mogą być nawet dokładnie modelowane dzięki konwencjonalnej fizyce fal. Jednakże po raz pierwszy spacer kwantowy został zrealizowany z dwiema cząstkami, a konsekwencje tego są dalekosiężne.

    "Za pomocą systemu dwufotonowego możemy wykonywać obliczenia, które w są bardziej złożone od poprzednich o skok w postępie geometrycznym" - stwierdza profesor O'Brien. "To praktycznie początek nowej dziedziny w informatyce kwantowej, otwierającej drogę do komputerów kwantowych, które pomogą nam wyjaśniać najbardziej złożone problemy naukowe."

    Zasugerował, że technologia ta "mogłaby pogłębić naszą wiedzę na temat najistotniejszych problemów i dopomóc na przykład w opracowaniu wydajniejszych ogniw słonecznych". Można by ją również wykorzystać do opracowania ultraszybkich i wydajnych wyszukiwarek, do projektowania materiałów w nowoczesnych technologiach oraz nowych farmaceutyków.

    Naukowcy utrzymują, że przeskok z jednego na dwa fotony nie był łatwy, "ponieważ dwie cząstki muszą być identyczne pod każdym względem oraz z powodu ich interferowania czy też wzajemnego oddziaływania. Nie ma bezpośredniego odpowiednika tej interakcji poza fizyką kwantową." Dodają jednak, że do ostatecznego rozwiązania droga jeszcze daleka.

    "Teraz, kiedy możemy bezpośrednio realizować i obserwować dwufotonowe spacery kwantowe, przejście do trzyfotonowego lub wielofotonowego urządzenia jest stosunkowo proste, ale wyniki będą równie ekscytujące" - stwierdza profesor O'Brien. "Po każdym dodaniu fotonu złożoność problemu, jaki jesteśmy w stanie rozwiązać wzrasta w postępie geometrycznym, zatem jeżeli jednofotonowy spacer kwantowy daje 10 wyników to dwufotonowy system może przynieść 100 wyników, a trzyfotonowy system 1000 rozwiązań i tak dalej."

    Zespół badawczy planuje obecnie wykorzystać chip do przeprowadzenia kwantowych symulacji mechanicznych i zwiększyć złożoność swoich doświadczeń nie tylko dodając więcej fotonów, ale również stosując większe układy.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Bramki kwantowe – proste elementy wykonujące podstawowe obliczenia przeprowadzane przez algorytmy kwantowe. Bramki kwantowe stanowią podstawowe operacje realizowane przez komputery kwantowe i służą do przetwarzania informacji kwantowej. Bramki kwantowe na schematach obwodów kwantowych oznaczamy za pomocą ramek, a w obliczeniach stosujemy postać macierzy unitarnych. Degeneracja (zwyrodnienie) - w fizyce kwantowej zwykle mianem degeneracji określa się sytuację, kiedy jednej wartości energii układu odpowiada wiele stanów kwantowych układu. Zmieniając warunki fizyczne, np. umieszczając go w polu magnetycznym, energie różnych stanów kwantowych mogą zmienić się w różnym stopniu, rozdzielając jeden poziom energetyczny na kilka. Stan kwantowy — informacja o układzie kwantowym pozwalająca przewidzieć prawdopodobieństwa wyników wszystkich pomiarów, jakie można na tym układzie wykonać. Stan kwantowy jest jednym z podstawowych pojęć mechaniki kwantowej.

    Główna liczba kwantowa (n) - pierwsza z liczb kwantowych opisujących układ kwantowy określająca energię układu, np. energię elektronów w atomie. Przyjmuje ona wartości liczb naturalnych n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7... Stany kwantowe o tej samej wartości głównej liczby kwantowej tworzą powłokę elektronową, zwaną poziomem energetycznym. Powłoki te oznacza się kolejno K, L, M, N, O, P, Q. Powłoce K odpowiada n = 1, powłoce L odpowiada n = 2... Algorytm kwantowy – rodzaj algorytmu przeznaczonego do działania na maszynie kwantowej (komputer kwantowy). Dotychczas powstało kilkanaście algorytmów wykorzystujących możliwości oferowane przez maszyny kwantowe. Należą do nich algorytmy Grovera, Deutscha, Simona, Shora, Kitaeva i Bernsteina-Vaziraniego.

    Rejestr kwantowy (ang. quantum registers) – układ wielu kubitów, który zgodnie z jednym z podstawowych postulatów mechaniki kwantowej może być rozpatrywany jako układ izolowany złożony z wielu układów składowych (poszczególne kubity należące do rejestru). Zakaz klonowania – w mechanice kwantowej, to teoria zabraniająca tworzenia identycznych kopii nieznanego stanu kwantowego. Została zaproponowana przez Williama Woottersa, Wojciecha Żurka oraz Dennisa Dieksa w 1982 roku i ma ogromne znaczenie dla teorii mechaniki kwantowej oraz informatyki kwantowej.

    Energia punktu zerowego (inaczej energia próżni) to w mechanice kwantowej najniższa możliwa energia jaką może przyjąć dowolny układ kwantowy. Z definicji wszystkie układy kwantowe posiadają energię punktu zerowego. Teoria perturbacji (nazywana też rachunkiem zaburzeń) jest zbiorem metod matematycznych, które są używane do znalezienia przybliżonego rozwiązania problemu, który nie może być rozwiązany w sposób ścisły, dostarczając bezpośrednie rozwiązanie problemu. Teoria perturbacji może być zastosowana do rozwiązania problemu, gdy można go przedstawić jako część dającą bezpośrednie rozwiązanie i stosunkowo mały człon zaburzający.

    Dekoherencja kwantowa, to w mechanice kwantowej proces opisujący oddziaływanie obiektu kwantowego z otoczeniem. Jest to fundamentalny proces tłumaczący w jaki sposób mechanika klasyczna może być rozumiana jako przybliżenie mechaniki kwantowej. Oddziaływanie z otoczeniem stanowi realizację kwantowego pomiaru, procesu który prowadzi do redukcji funkcji falowej. Dekoherencja zakłada oddziaływanie obiektu z otoczeniem w sposób nieodwracalny w sensie termodynamicznym, co niszczy interferencję między danym obiektem i otoczeniem. Innymi słowy dekoherencja eliminuje ewentualne splątanie układu kwantowego z otoczeniem. Dekoherencja może być rozumiana jako utrata informacji o układzie wskutek jego oddziaływania z otoczeniem.

    Inżynieria kwantowa to dziedzina grupująca zespół nauk i technologii, zajmująca się zagadnieniami najogólniej rozumianych technik wykorzystujących zjawiska kwantowe, które obecnie mogą w istotny sposób zaważyć na kształcie naszej cywilizacji w XXI wieku.

    Kubajt (ang. qubyte lub qbyte, bajt kwantowy) - w informatyce kwantowej jednostka informacji kwantowej. Nazwa pochodzi z połączenia angielskich słów quantum - kwant, kwantowy i byte - bajt. Cząstki identyczne to cząstki nie różniące się żadną cechą. Ich nierozróżnialność polega na tym, że zmiana współrzędnych i spinów dwóch dowolnych cząstek tego samego rodzaju nie może zmienić prawdopodobieństwa znalezienia każdej z nich w określonej objętości. Liczby kwantowe cząstek identycznych są jednakowe. Funkcje falowe układu cząstek identycznych są albo symetryczne (dla bozonów) albo antysymetryczne (dla fermionów) przy zamianie liczb kwantowych tych cząstek.

    Komputer optyczny (lub komputer fotoniczny) to hipotetyczne urządzenie wykorzystujące fotony zamiast prądu elektrycznego do przeprowadzania obliczeń. Współcześnie dane przetwarza się za pomocą urządzeń elektronicznych, które zużywają energię na pokonywanie oporu elektrycznego przewodników. Do przesyłania danych wykorzystuje się światłowody, które są o wiele efektywniejsze od przewodów elektrycznych. W sieciach komputerowych pakiety muszą być jednak rutowane do odpowiednich odbiorców, co wymaga wielokrotnego przekształcania danych na postać elektryczną i z powrotem na światło. Każda taka operacja powoduje straty energii i spowalnia komunikację. Wprowadzenie komputerów optycznych wyeliminowałoby te przeszkody.

    Dodano: 30.09.2010. 15:49  


    Najnowsze