Die Kühlung der Qubits: Quantum computing wird stabiler

0
78

Researchers relied on lasers and supercool temperatures to trap their qubit

Die Forscher stützten sich auf Lasern und unterkühlten Temperaturen zu Falle Ihrer qubit

(Credit: sakkmesterke/Depositphotos)

Im inneren der heutigen Computer, information in form von bits, eine grundlegende Einheit der Messung, die einen Wert von entweder null oder eins. In der eines Tages die Welt der Quanten-computing, Daten werden übertragen über qubits – Einheiten, die kleiner als Photonen oder Elektronen, die statt in eine Art Falle. Weil qubits kann halten a-Wert sowohl eine null und eine eins, Ihre Verwendung könnte sich dramatisch erhöhen computational Geschwindigkeiten. Aber qubits sind notorisch rutschig Zeichen und bekommen Sie noch bleiben, oder sogar zu existieren, sehr lange wurde eine Herausforderung. Jetzt Wissenschaftler am MIT haben herausgefunden, einen Weg, um ein einfaches Molekül stabil bleiben “hundert mal mehr, als Forscher bisher in diesen Materialien,” macht einen brauchbaren qubit näher als je zuvor in die Realität.

Um zu beginnen mit, das MIT-team erstellt eine einfache zwei-atom-Molekül von Natrium und Kalium. Laut Martin Zwierlein, ein MIT-professor für Physik und ein principal investigator in der MIT Research Laboratory of Electronics, Moleküle haben einen entscheidenden Vorteil gegenüber kleineren Partikel wie Atome oder Elektronen.

“Die Moleküle haben mehr “behandelt”, als Atome”, sagte er. “Sie vibrieren, Sie können drehen, und in der Tat, Sie können stark miteinander wechselwirken die Atome haben eine harte Zeit zu tun. In der Regel Atome haben, um wirklich einander begegnen, werden auf der jeweils anderen fast, bevor Sie sehen, dass es ein anderes atom es um die Interaktion mit, in der Erwägung, dass die Moleküle sich gegenseitig sehen können (über relativ lange Entfernungen). Um diese qubits miteinander reden und Berechnungen, die mithilfe von Molekülen ist eine viel bessere Idee als mit Atomen.”

Sobald die Moleküle erstellt wurden, das team umgeben Tausende von Ihnen in eine Wolke von mikroskopischen gas, das war dann gefangen an der Kreuzung der beiden Laserstrahlen. Der nächste Schritt, obwohl, war der Schlüssel für den Erfolg eines Teams. Moleküle wurden abgekühlt auf rund 300 nanokelvins, nur ein paar zehn-Millionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt.

Die Vakuum-Kammer, in der das experiment stattfand

(Bild: MIT)

Dies gab das team die Kontrolle über drei wichtige Eigenschaften der Moleküle: vibration, rotation und die Richtung, in die die Kerne in die einzelnen Atome konnten gesponnen werden. Was mehr, das team war in der Lage zu zeigen, dass die Moleküle der unterkühlten Temperatur könnte länger dauern als alle bisherigen versuche halten qubits in sich stimmig. In diesem Fall erreicht nur eine zweite, sondern in die unglaubliche Welt der Quanten-computing, stellt einen großen Sprung in der Stabilität – so sehr, dass ein Logik-Gatter in einem Quantencomputer könnte, halten die Moleküle stabil, dass lange tun konnte, eine erstaunliche Anzahl von Berechnungen.

“Wir haben die starke Hoffnung, dass wir tun können, eine so genannte Tor – das ist ein Vorgang zwischen zwei dieser Zustände – wie addition, Subtraktion, oder, die Art entspricht – in einem Bruchteil einer Millisekunde,” Zwierlein, sagte. “Wenn man sich das Verhältnis, die Sie hoffen konnte, zu tun, 10.000 bis 100.000-Gatter-Operationen in der Zeit, dass wir die Kohärenz in der Probe. , Der angegeben wurde, als eine der Voraussetzungen für einen Quantencomputer, um diese Art von Verhältnis des gate-Operationen, um die Kohärenz mal.”

Multiplizieren einer Natrium/Kalium-Molekül durch ein tausend-und-Zwierlein sagt, dass könnte ein system durchführen von Berechnungen so kompliziert, dass keine der vorhandenen computer konnte nahe kommen.

Natürlich, ein solches system ist wahrscheinlich ein Jahrzehnt oder mehr entfernt. Aber mit Arbeit wie diese, zusammen mit den Fortschritten, die geholfen haben, Quanten-Computer, vermeiden die Heizung zu viel; erstellt ein quantum bridge verbinden Sie mehrere Computer zusammen; verwendet maschinelles lernen, um vorherzusagen, und dann verhindern, dass die Instabilität in quantensystemen; und schuf Quanten-Logik-Gatter aus Silizium-transistoren; der “super Coole” Welt der quantum-computing ist definitiv hetzen bei uns schneller, als man sagen kann “qubit.”

“Diese Ergebnisse sind wirklich state of the art”, sagt Simon Cornish, fügte hinzu, dass die Ergebnisse “schön zeigen das Potenzial der Nutzung nuclear spin states in ultrakalten Molekülen für Anwendungen in der Quanten-Informationsverarbeitung, Quanten-Erinnerungen und als ein Mittel zu untersuchen, die dipolaren Wechselwirkungen und ultrakalte Kollisionen in polaren Molekülen.” Cornish, Physik-professor an der Durham University in Großbritannien, die nicht in die MIT der Forschung.

“Ich denke, die Ergebnisse stellen einen wichtigen Schritt nach vorn im Bereich der ultrakalten Moleküle und werden von breiten Interesse für die große Gemeinschaft der Forscher erkunden die damit verbundenen Aspekte von Wissenschaft in der Quantenphysik, coherence, quantum information and quantum simulation,” fügte er hinzu.

Die Arbeit der MIT-team wurde heute veröffentlicht in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Quelle: MIT