Beam Me Up: Bits Of Information Teleporteret Over Computer Chip

{h1}

Et kvanteteleportationsforsøg tager et andet skridt mod at opbygge en reel kvantecomputer ved at transportere qubits på tværs af et solid state-kredsløb.

Kvantemekanik giver mulighed for nogle meget mærkelige ting, som teleportation af informationer og computere, der kan bryde selv de hårdeste koder.

For nylig har forskere ved det schweiziske føderale institut for teknologi (ETH) i Zürich gjort et skridt hen imod at opbygge en arbejdende kvantecomputer ved at teleportere informationstyper på tværs af en computerchip. Resultaterne af undersøgelsen var detaljerede 15. august i tidsskriftet Nature.

At skabe et sådant kredsløb er en vigtig milepæl, siger Benjamin Schumacher, en professor i fysik ved Kenyon College i Ohio. "Alle ved virkelig, om du nogensinde vil lave en rigtig kvantecomputer, det skal være solid state," sagde Schumacher, som ikke var involveret i den nye forskning. "Solid state" refererer til computere bygget med enkeltdrevne transistorer - uden bevægelige dele og med selvstændige komponenter. Næsten alle elektroniske enheder er bygget med solid-state elektronik. [Wacky Physics: The Coolest Quantum Particles Forklaret]

Bill Munro, forsker ved den japanske telefonkæmpende NTT, som har gjort omfattende undersøgelser af kvantemåling, sagde, at ETH-teamets arbejde er et "meget flot eksperiment" og tilføjer, "det viser virkelig prototyping af teknologien" involveret i at lave en kvantecomputer.

Tidligere teleportationsforsøg har brugt lasere til at transportere kvantinformation mellem fotoner. Men det er ikke så praktisk at opbygge rigtige computere. Solid state kredsløb er derimod et velkendt felt, og computerchipproducenter har årtiers erfaring med at miniaturisere dem, sagde Schumacher.

I et nyt eksperiment udnyttede forskerne en egenskab af kvantefysik, der kaldes sammenkobling for at teleportere kvantebitene, kaldet qubits. Når to partikler interagerer, danner de en forbindelse - de er sammenklemt - så en handling udført på en påvirker den anden, selv når de adskilles af store afstande. Hertil kommer, uanset hvor langt fra hinanden de er, hvis du kender tilstanden til en partikel, kender du øjeblikkeligt den anden parts tilstand.

Teleporterende qubits

For at oprette teleportationen stiller forskerne 3 elektroniske kredsløb på 3 mikron (hvor 1 mikron er en milliontedel af en meter) på en lille computerchip, der måler 0,3 med 0,3 tommer (7 til 7 millimeter). To af kredsløbene var afsenderne, mens den anden tjente som modtager. Forskerne afkølet chippen til næsten absolut nul og tændte en strøm i kredsløbene.

Ved denne temperatur begyndte elektronerne i kredsløbene, som er qubits'en, at opføre sig i overensstemmelse med kvantemekaniske regler (i dette tilfælde bliver indviklet.

ETH teamet kodede information i form af spin state, ind i sende kredsløb qubits, og målte dem. Samtidig måler forskerne tilstanden af ​​qubits i modtageren. De sendende og modtagende qubits stater var korrelerede - oplysningerne var blevet teleporteret.

Teleportationen var ikke den eneste præstation. Normalt er informationstransmissionen i teleportationsforsøg ikke pålidelig, hvilket betyder, at eksperimentet ikke kan gentages pålideligt. "Specielt for store genstande er succesfrekvensen ofte lille," siger studieforfatteren Arkady Fedorov fra University of Queensland i Australien. "Du kører eksperimentet millioner gange, og det virker." I dette forsøg arbejdede teleportationen næsten hver gang.

ETH-gruppen lykkedes også at lave en qubit ud af milliarder elektroner, næsten en kvart millimeter på tværs, hvilket er stort ved teleportationsstandarder. "Det er ikke længere som et foton, som du ikke kan se eller noget atom i en fælde," sagde Fedorov.

Da qubit ikke går gennem det mellemliggende rum, kan nogle måske spørge, om dette er en måde at kommunikere hurtigere end lys. Det er ikke, bemærkede Schumacher. Det skyldes, at selv om to indviklede partikler deler korrelerede stater, er det umuligt at kende staterne på forhånd. Der er en 50-50 chance en partikel vil være i tilstand A eller B. [10 rare følgevirkninger af at rejse hurtigere end lys]

Quantum computere?

For kvantecomputere er øjeblikkelig transmission imidlertid ikke kritisk. Snarere er kvantebits evne til at være i to stater på én gang nøglen til virkeligheden af ​​disse computere.

I en almindelig eller klassisk computer er bitsne - de 1'er og 0'er, der udgør sproget til computerkode - en bestemt tilstand. De er enten 1 eller 0. Men qubits kan være i begge stater på samme tid. De er i en tilstand kaldet superposition. I kvantemekanik har et fysisk system ingen bestemt tilstand, indtil det observeres - dvs. indtil det efterlader noget spor i det omgivende miljø.

Dette fænomen er meget forskelligt fra den måde, hvorpå folk normalt oplever ting, men det er skitseret i det berømte Schrodinger katteforsøgseksperiment. Billede en kat i en kasse med et hætteglas af giftgas, der åbnes, når et lille stykke radioaktivt metal udsender en alfapartikel, da den falder ned. Emitterende en alfapartikel er en kvantemekanisk proces, hvilket betyder, at om det sker i en given tidsperiode, er det grundlæggende tilfældigt. I den forstand, når kassen er åben, har katten en 50-50 sandsynlighed for at være i live eller død.

I klassisk mekanik ville fysikken diktere, at katten var levende eller død, før vi åbner kassen; vi kan bare ikke se det.Men i kvantemekanik er katten i begge stater - ligesom qubits i teleportationseksperimentet er i begge stater, før de observeres.

Det er et andet aspekt af arbejdet, der gør det unikt, sagde Schumacher. For qubits at forblive i deres dobbelt tilstand, kan de på ingen måde interagere med miljøet. En computers komponenter skal imidlertid interagere med hinanden for at være nyttige. "Du har to modstridende krav," sagde han. "Qubitsne skal interagere med hinanden, og delene skal isoleres fra omverdenen."

Raymond LaFlamme, administrerende direktør for Institut for Quantum Computing ved University of Waterloo i Waterloo, Ontario, sagde eksperimentet er et stort skridt, fordi det indebærer ikke kun teleportering qubits, men de logiske operationer, såsom tilføjelse eller subtraktion. "Du kan ændre den omdannelse, du gør", sagde han, "Du kan omdanne biten... og så flip biten fra 0 til 1."

Fedorov sagde, at fremtidige eksperimenter sandsynligvis ville medføre at teleportationen skulle fungere i mere end en chip ved hjælp af flere qubits.

Følg os @wordssidekick, Facebook & Google+. Originalartikel om WordsSideKick.com.


Video Supplement: This Is the End of the Silicon Chip, Here’s What’s Next.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com