Nieuw Quantum-Computerontwerp Kan Tot Praktische Hardware Leiden

{h1}

Wetenschappers hebben een nieuwe manier voorgesteld om een ​​kwantumcomputer te bouwen met microgolven om individuele atomen te besturen, en ze zeggen dat de nieuwe methode een blauwdruk biedt voor een nuttiger computer.

Kwantumcomputers beloven het vermogen om complexe problemen aan te pakken, zoals het decoderen van gecodeerde communicatie en het ontwikkelen van nieuwe farmaceutische geneesmiddelen, veel sneller dan conventionele machines. Maar tot nu toe zijn kwantumcomputers alleen gebruikt om specifieke problemen aan te pakken, meestal om te laten zien hoe ze werken.

Nu hebben wetenschappers een nieuwe manier voorgesteld om een ​​kwantumcomputer te bouwen met microgolven om individuele atomen te besturen, en ze zeggen dat de nieuwe methode een blauwdruk biedt voor een nuttiger computer.

"We gebruiken een aantal nieuwe concepten die enorm vereenvoudigen hoe een quantumcomputer te bouwen," zei Winfried Hensinger, directeur van de Ion Quantum Technology Group aan de Universiteit van Sussex in het Verenigd Koninkrijk. Hensinger leidde de nieuwe studie die het ontwerp schetst. [Top 10 revolutionaire computers]

De kwantumcomputer zou bestaan ​​uit kruispunten die de beweging van geladen atomen regelen, ionen genoemd. Maar liefst 1.296 knooppunten kunnen op een conventionele siliciumwafer van 3,5 inch (9 centimeter) worden bevestigd en de wafels kunnen worden gekoppeld, zodat een computer met zoveel quantumbits als nodig is. Daarentegen hebben de huidige kwantumcomputers hoogstens een tiental bits.

Quantum-computers werken niet op dezelfde manier als gewone machines. In een standaardcomputer zijn de bits gecodeerd in miljoenen kleine circuits en hebben een waarde van 1 of 0. In een quantumcomputer worden de bits, qubits genaamd, gecodeerd door de quantumtoestand van aangeslagen atomen en kunnen ze 1, 0 zijn of een waarde er tussenin.

Qubits kunnen dit doen omdat de kwantummechanica superpositie van staten mogelijk maakt; een deeltje is nooit echt in een of andere staat totdat het wordt waargenomen, wat betekent dat het op een meetbare manier met de buitenwereld moet interacteren. Superpositie betekent niet dat de staat gewoon ongezien is; het kan echt als beide tegelijk bestaan. Omdat de qubits in meer dan één staat tegelijk zijn, kan een kwantumcomputer effectief veel berekeningen simultaan aan.

Superpositie is echter ook de reden waarom quantumcomputers moeilijk te bouwen zijn. De ionen in hun gesuperponeerde staten kunnen niets van buitenaf aanraken. Zelfs zwerfhitte kan het ion in één toestand doen 'instorten', wat het vermogen van de qubits om al deze berekeningen te doen weghaalt, aldus de onderzoekers.

Nieuw ontwerp

In de nieuwe architectuur bestaat elk knooppunt uit vier elektroden die als een kruispunt samenkomen. Onder de elektroden bevinden zich draden die stroom geleiden en een magnetisch veld creëren. Het magnetische veld regelt de beweging van de "data" -ionen, die van de "loading" -zone op één elektrode gaan om aan een ander ion in de "verstrengeling" -zone op de tegenoverliggende elektrode te voldoen, zei Hensinger.

Microgolven worden naar de twee ionen gestraald wanneer ze elkaar raken en ze zijn verstrikt. Dat betekent dat alles wat met één ion gebeurt, meteen in de tweede zal worden weergegeven. Dit is waar de waarde 1 of 0 is gecodeerd, maar de waarde is onbekend. Door de magnetische velden opnieuw te veranderen, wordt het data-ion opnieuw naar de "kruising" verplaatst, waar het naar een derde elektrode draait, de detectiezone genoemd. Op dat punt raakt een laser het ion en onthult zijn toestand - 1 of 0.

Met duizenden van deze knooppunten aan elkaar verbonden, konden wetenschappers volgens het onderzoek een echte kwantumcomputer bouwen. Hensinger en zijn collega's zien modules van 2,2 miljoen knooppunten, ongeveer 14 voet (4,3 meter) aan een zijkant, aan elkaar bevestigd. Duizend van dergelijke modules zouden zo groot zijn als een voetbalveld en 2 miljard ionen hebben, wat ongeveer evenveel qubits vertegenwoordigt, aldus de onderzoekers.

Het gebruik van de magnetrons en magnetische velden maakt het ontwerp eenvoudiger op te schalen, vertelde Hensinger WordsSideKick.com.

"Traditioneel gebruik je lasers om kwantumpoorten uit te voeren," zei hij. "Maar om een ​​computer met veel qubits te maken, heb je een miljard laserstralen nodig." Dit was niet praktisch, dus zijn team zocht een andere manier.

Andere quantum-computer ontwerpen val-ionen bij temperaturen dicht bij het absolute nulpunt, de koudste temperatuur theoretisch mogelijk (min 459,67 graden Fahrenheit of min 273,15 graden Celsius). Hensinger zei dat de machine bij veel hogere temperaturen, ongeveer minus 351 graden F (minus 213 graden C), kan werken met vloeibare stikstof als koelvloeistof.

Dit type quantumcomputer kan volgens een studie een getal van 617 cijfers in 110 dagen bepalen. Zulke grote aantallen worden gebruikt voor het versleutelen van veel communicatie op internet. (In tegenstelling tot de populaire mythe, zou de kwantumcomputer niet elke afzonderlijke factor proberen, maar zou hij een snelkoppeling vinden waarmee een gewone computer gemakkelijker de factoren kan berekenen die u voor uw grote getal wilt gebruiken.)

DigiCert, een in de VS gevestigd bedrijf dat digitale certificaten voor gemeenschappelijke veilige communicatie levert, zegt op zijn website dat zelfs 1000 desktopcomputers die samenwerken, langer dan de leeftijd van het universum nodig zouden hebben om die prestatie te evenaren.

Vooruitgang boeken

Christopher Monroe, een professor in de fysica aan het Joint Quantum Institute van de Universiteit van Maryland, die heeft gewerkt aan kwantum-computingontwerpen, zei dat hij de ideeën voor deze quantumcomputer leuk vindt omdat de modules niet afhankelijk zijn van exotische technologieën - alles in de papier zou vandaag kunnen worden gebouwd. Aan de andere kant zou het bouwen van de quantumcomputer een echte uitdaging zijn, voegde hij eraan toe.

Een probleem is de enorme omvang van de machine; de studie merkt op dat het meer dan 300 voet (91 m) aan een kant zou meten als het 2 miljard bits zou hebben.

Toch zei Monroe dat deze studie een poging doet om problemen aan te pakken die eerder in het verleden niet bestonden. Hensinger en zijn team bestudeerden bijvoorbeeld het probleem om de computer koud genoeg te houden om betrouwbaar te werken, omdat hitte de qubits kan bederven.

"Lasers en draden die stroom geleiden om magnetische velden te maken, zijn echte warmtevarkens," zei Monroe, en het was een goed idee om een ​​koelsysteem op te nemen.

Ontwerpen als deze zijn een stap in de richting van echte engineering, zei Bill Munro, hoofd van de Theoretical Quantum Physics Research Group bij het Japanse telecommunicatiebedrijf NTT. Toch blijven er enkele uitdagingen over, zei hij.

"Er is een groot verschil tussen theorie en ontwerp en eigenlijk bouwen," zei Munro. Maar de eenvoud van het ontwerp maakt het plausibel, voegde hij eraan toe. "De sleutel is geen miljarden [qubits] doen, je produceert er een, dan 10 of 100. Het is iets dat we hebben gemist."

De nieuwe studie werd vandaag (1 februari) online gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances.

Oorspronkelijk artikel over WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com