• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Nowa architektura komputerów kwantowych

    09.03.2011. 16:37
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Według najnowszego badania opublikowanego w czasopiśmie Nature pojawiła się nowa architektura komputerów kwantowych. Badanie uzyskało częściowe wsparcie w ramach finansowanych ze środków unijnych projektów MICROTRAP ("Projekt paneuropejskiej technologii mikropułapek w dziedzinie informatyki kwantowej jonów zatrzymanych w pułapce") i SCALA ("Skalowalne komputery kwantowe z zastosowaniem światła i atomów"). Projekty MICROTRAP i SCALA zostały sfinansowane w ramach obszaru tematycznego "Technologie społeczeństwa informacyjnego" (Information society technologies, IST) Szóstego Programu Ramowego UE (6PR) kwotami odpowiednio 1,77 i 9,36 mln euro.

    Sześć lat temu naukowcy z austriackiego Uniwersytetu w Innsbrucku stworzyli pierwszy bajt kwantowy, będący komputerem kwantowym z ośmioma splątanymi cząsteczkami kwantowymi.

    Dokonanie to jest ważne, "niemniej w celu praktycznego zastosowania komputera kwantowego do wykonywania obliczeń potrzebna jest znacznie większa liczba bajtów kwantowych" - wyjaśnił prof. Rainer Blatt z Instytutu Fizyki Doświadczalnej wspomnianej uczelni. Profesor wraz ze swoim zespołem badawczym stworzył pierwszy bajt kwantowy w elektromagnetycznej pułapce jonowej. Jednak, jak wyjaśnił, "w pułapkach tych nie możemy połączyć dużej liczby jonów i równocześnie ich kontrolować".

    W celu rozwiązania tego problemu naukowcy rozpoczęli prace nad zaprojektowaniem komputera kwantowego opartego na systemie licznych niewielkich rejestrów, które muszą być ze sobą połączone. Opracowano rewolucyjne podejście na podstawie pomysłu sformułowanego przez dwójkę fizyków teoretycznych: Ignacio Ciraca i Petera Zollera. Naukowcy ci są uważani za liderów w dziedzinie zimnych atomów, optyki kwantowej oraz informacji kwantowej. W centrum ich zainteresowania znajduje się wykorzystanie mikroskali do skonstruowania komputerów kwantowych i systemów komunikacyjnych.

    W ramach eksperymentu fizykom tym udało się elektromagnetycznie sparować 2 grupy jonów umieszczonych w odległości około 50 mikrometrów. W doświadczeniu ruch cząsteczek pełnił rolę anteny.

    "Cząsteczki te oscylują tak samo jak elektrony na biegunach anteny telewizyjnej, wytwarzając w ten sposób pole elektromagnetyczne" - wyjaśnił prof. Blatt. "Jeśli anteny zostaną do siebie dostrojone, odbiornik odbiera sygnał nadawcy, co owocuje sparowaniem".

    Według zespołu następująca w ramach tego procesu wymiana energii może stanowić punkt wyjścia podstawowych obliczeń komputera kwantowego.

    "Wdrożyliśmy tę nową ideę w bardzo prosty sposób" - wskazał prof. Blatt. W zminiaturyzowanej pułapce jonowej utworzono potencjał dwustudniowy, zatrzymując w pułapce jony wapnia. Odległość pomiędzy studniami wyniosła 54 mikrometry. "Dzięki poddaniu elektrod pułapki jonowej wpływowi napięcia elektrycznego mogliśmy dostosować częstotliwość oscylacji jonów" - dodał uczony. "Doprowadziło to do sparowania oraz wymiany energii, która może zostać zastosowana do przesyłania informacji kwantowych".

    Dotychczas nie udało się bezpośrednio sparować dwóch oscylacji mechanicznych na poziomie kwantowym.

    Ponadto naukowcy wykazali, że parowanie jest wzmacniane poprzez wykorzystanie większej liczby jonów w każdej studni. "Te dodatkowe jony służą jako anteny oraz zwiększają zasięg i szybkość przesyłu" - powiedział prof. Blatt. Profesor bardzo entuzjastycznie wyraził się o nowej idei, która stanowi obiecujące podejście do konstruowania w pełni funkcjonalnego komputera kwantowego.

    "Nowa technologia umożliwia rozproszenie stanu splątania. Jednocześnie można niezależnie odwoływać się do poszczególnych komórek pamięci" - stwierdził profesor. Nowy komputer kwantowy może zostać oparty na układzie scalonym zawierającym wiele mikropułapek, w ramach których jony będą nawiązywać wzajemną łączność za pomocą parowania elektromagnetycznego. Zespół doszedł do wniosku, że podejście to stanowi ważny krok ku stworzeniu praktycznych technologii kwantowych do przetwarzania informacji.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)

    Artur Ekert (ur. 19 września 1961 we Wrocławiu) – fizyk prowadzący badania w zakresie podstaw mechaniki kwantowej oraz kwantowego przetwarzania informacji. Obecnie zajmuje on stanowiska profesora fizyki kwantowej na wydziale Matematyki Uniwersytetu Oksfordzkiego a także profesora honorowego Lee Kong Chian (Lee Kong Chian Centennial Professor) na Narodowym Uniwersytecie Singapuru oraz dyrektora Centrum Technologii Kwantowych działającego w ramach tego uniwersytetu.

    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.

    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.

    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.

    Stan splątany – rodzaj skorelowanego stanu kwantowego dwóch lub więcej cząstek lub innych układów kwantowych. Ma on niemożliwą w fizyce klasycznej cechę polegającą na tym, że stan całego układu jest lepiej określony niż stan jego części.

    Stan splątany – rodzaj skorelowanego stanu kwantowego dwóch lub więcej cząstek lub innych układów kwantowych. Ma on niemożliwą w fizyce klasycznej cechę polegającą na tym, że stan całego układu jest lepiej określony niż stan jego części.

    Teleportacja kwantowa (QT z ang. quantum teleportation) – w kwantowej teorii informacji technika pozwalająca na przeniesienie stanu kwantowego na dowolną odległość z wykorzystaniem stanu splątanego.

    Dodano: 09.03.2011. 16:37  


    Najnowsze