Znajdź zawartość
Wyświetlanie wyników dla tagów 'komputer kwantowy' .
Znaleziono 59 wyników
-
Prace austriackich naukowców mogą przyczynić się do powstania nowatorskiej architektury komputerów kwantowych. Zespół Rainera Blatta z Uniwersytetu w Inssbrucku zaprezentował kwantową antenę, która pozwala na wymianę kwantowej informacji pomiędzy dwiema oddzielonymi od siebie komórkami pamięci umieszczonymi na jednym układzie. To właśnie w Innsbrucku stworzono przed sześciu laty pierwszy kwantowy bajt, złożony z ośmiu splątanych kubitów umieszczonych w elektromagnetycznej pułapce. Jednak, by zbudować praktyczny komputer kwantowy, który przeprowadza obliczenia, potrzebujemy większej liczby kwantowych bitów - stwierdził profesor Blatt, który wraz ze swoim zespołem był twórcą kwantowego bajta. W takich pułapkach nie możemy przechowywać dużej liczby jonów i jednocześnie ich kontrolować - dodał. Dlatego też potrzebne są małe kwantowe rejestry, które będą ze sobą połączone. Austriacy wykorzystali teoretyczne prace Ignacio Ciraca i Petera Zollera. W oddalonych od siebie o 54 mikrometrów pułapkach uwięzili jony i stworzyli anteny przekazujące sygnały. Cząsteczki oscylują jak elektrony w polu anteny telewizyjnej i tworzą pole elektromagnetyczne. Jeśli jedna antena jest dostrojona do drugiej, końcówka odbiorcza przejmuje sygnały z końcówki nadawczej i dochodzi do sprzężenia - wyjaśnia uczony. Wymiana energii, która ma miejsce może służyć jako podstawa do obliczeń w komputerze kwantowym. Profesor Blatt mówi, że zastosowano bardzo prostą architekturę. W dwóch małych pułapkach uwięziono jony wapnia. Gdy do elektrod pułapek podłączono napięcie, można było zsynchronizować oscylacje jonów, co doprowadziło do sprzężenia i wymiany energii. To jednocześnie pierwsza w historii demonstracja sprzężenia dwóch mechanicznych oscylacji na poziomie kwantowym. Co więcej okazało się, że im więcej jonów w każdej pułapce, tym silniejsze sprzężenie. Dodatkowe jony działają jak antena i pozwalają na zwiększenie odległości oraz prędkości transmisji - mówi Blatt. Nowa technika daje szansę na rozprzestrzenianie splątania. Jednocześnie pozwala na manipulowanie pojedynczymi komórkami - mówi. Jego zdaniem komputery kwantowe mogą bazować na układach scalonych zawierających liczne pułapki, w których będą znajdowały się jony komunikujące się ze sobą dzięki sprzężeniu elektromagnetycznemu.
-
Naukowcy z University of Utah stworzyli najprawdopodobniej najmniejszy w historii układ pamięci. Przez 112 sekund przechowywali dane w jądrze atomu, wykorzystując do tego celu spin. Później odczytali te informacje. Badania takie w przyszłości posłużą do stworzenia szybkich układów pamięci zarówno dla komputerów konwencjonalnych jak i dla maszyn kwantowych. Zaobserwowana przez nas długość przechowywania danych jest bardziej niż wystarczająca do stworzenia układów pamięci. To całkiem nowy sposób składowania i odczytywania informacji - stwierdził autor badań, profesor Christoph Boehme. Zanim jednak zaczniemy się w sklepach rozglądać za "atomowymi" układami pamięci, będziemy musieli poczekać co najmniej kilka lat. Zastosowany przez naukowców aparat do zapisywania i odczytywania danych pracuje bowiem w temperaturze 3,2 kelwinów i musi być otoczony polem magnetycznym 200 000 razy silniejszym od pola magnetycznego Ziemi. Oczywiście, że możemy już dzisiaj stworzyć taki układ pamięci, ale czy naprawdę potrzebujemy komputera, który pracuje w -270 stopniach Celsjusza i wymaga wielkiego laboratorium do generowania odpowiedniego pola magnetycznego? Najpierw musimy nauczyć się, jak wymusić pracę w wyższych, bardziej praktycznych temperaturach, i pozbyć się silnego pola magnetycznego potrzebnego do ustawienia spinu - mówi profesor. Największym osiągnięciem Boehme jest elektroniczne odczytanie danych. Już przed dwoma laty innej grupie uczonych udało się przechować przez 2 sekundy dane w jądrze atomu, ale nie odczytali ich elektronicznie. Badania nad "atomową" pamięcią Boehme prowadzi od wielu lat, a w 2006 roku jego zespół zaprezentował sposób na odczytanie danych z 10 000 atomów fosforu umieszczonych na krzemie. Obecnie Boehme, Dane McCamey i inni uczeni z Utah wykorzystali cienki, wzbogacony fosforem kawałek krzemu o powierzchni 1 mm2 i umieścili na nim styki elektryczne. Całość włożono do kontenera, w którym panowało bardzo niska temperatura i poddano działaniu pola magnetycznego o wartości 8,59 tesli, które odpowiednio ustawiło spiny elektronów atomu fosforu. Za pomocą fal elektromagnetycznych o częstotliwościach bliskich terahercowi zmieniano kierunek spinów. Następnie za pomocą radiowych fal ultrakrótkich przeniesiono informacje z elektronów do jądra. Podczas odczytu cały proces odwrócono. Za pomocą fal o terahercowej częstotliwości przeniesiono informacje z jądra do elektronów i je odczytano dzięki temu, że spin elektronów został zamieniony na zmiany w przepływie prądu elektrycznego. Krótko mówiąc, zapisaliśmy '1' w jądrze atomu. Wykazaliśmy, że możemy odczytywać i zapisywać dane ze spinu w jądrze - mówi Boehme. Informacje udało się wielokrotnie zapisywać i odczytywać średnio przez 112. Po tym czasie jądro atomu traciło oinformację o spinie. W ciągu tych 112 sekund przeprowadzono 2000 operacji odczytu tych samych danych, co dowodzi, że odczytanie informacji nie niszczy jej, a zatem takie jej przechowywanie jest wykonalne. Na obecnym etapie udało się odczytać spin z wielu jąder atomu. Taka technika sprawdzi się w komputerach klasycznych, ale nie w kwantowych, gdzie konieczne jest odróżnienie spinu z pojedynczego atomu. Boehme mówi, że uczeni powinni sobie poradzić z tym w ciągu kilku najbliższych lat.
-
Wizjonerzy mamią nas wizjami komputerów kwantowych od dobrych dwudziestu lat. I pomimo nieustannego postępu w tej dziedzinie, w zasadzie wciąż jedyne osiągnięcia to laboratoryjne przykłady, a największy zbudowany „komputer" składał się z... aż trzech qubitów, czyli kwantowych bitów. Największym problemem, jak się uważa, będzie niezawodność takich konstrukcji i odporność na błędy, trudno bowiem zapanować nad stanem każdego pojedynczego atomu czy elektronu. Jak uważają angielscy i australijscy naukowcy, sprawa niekoniecznie musi być aż tak trudna. Doktor Sean Barrett z Imperial College London i Thomas Stace z University of Queensland w australijskim Brisbane sugerują dość proste rozwiązanie problemu błędów - korekcję. Korekcja błędów stosowana jest dzięki odpowiednim algorytmom w dzisiejszej elektronice, a wykorzystywana jest zwykle przy korzystaniu z pamięci masowych. Same programy korygujące muszą jednak działać niezawodnie... Korekcja błędnych danych w komputerze kwantowym musi jednak dotyczyć samego procesu przetwarzania, powinna zatem być jakoś powiązana z samym sposobem działania kwantowego mechanizmu. Taki sposób właśnie zaprojektował zespół pod kierunkiem dra Barreta. To system kontekstowego kodowania danych, który pozwala poprawnie działać algorytmom nawet w przypadku ubytku lub przekłamania 25% qubitów. Polega on na rozmieszczeniu elementów na trójwymiarowej matrycy, podczas odczytu z której brane są pod uwagę również sąsiadujące elementy. Taki kwantowy komputer byłby, zdaniem angielsko-australijskiego zespołu, znacznie łatwiejszy do skonstruowania. Tym niemniej, to wciąż są na razie prace teoretyczne i do pojawienia się komercyjnych konstrukcji może upłynąć kolejnych dwadzieścia lat.
-
Komputery kwantowe - przyszłość informatyki, która brzmi bardziej niesamowicie, niż technologie z filmów science-fiction. Na drodze do ich realizacji zrobiono kolejny krok - użyto lasera do schłodzenia cząsteczek. Kwantowe komputery mają działać szybciej dzięki wykorzystaniu kwantowych bitów informacji, czyli kubitów. W tej roli uczeni obsadzali w swoich eksperymentach albo atomy, albo „sztuczne atomy". Czym jest sztuczny atom? To grupa wielu atomów, zachowująca się na poziomie kwantowym jak pojedynczy atom. I jedno, i drugie rozwiązanie ma wady: splątane atomy nie komunikują się ze sobą wystarczająco silnie na potrzeby obliczeń, sztuczne atomy spisują się tu doskonale, ale z powodu swojej masy sprawiają inny problem: zbyt łatwo poddają się zakłóceniom ze świata zewnętrznego. Czy nie da się znaleźć innego rozwiązania? Narzuca się wykorzystanie cząsteczek chemicznych, ale z różnych powodów również się to dotąd nie sprawdzało. Jeden z tych problemów właśnie rozwiązali naukowcy z Yale University: David DeMille, Edward Shuman i John Barry. Jeśli chcemy stworzyć kwantowy komputer, potrzebujemy możliwości manipulowania jego kubitami, a to jest trudne ponieważ każda manipulacja zakłóca ich stan kwantowy. Ponadto cząsteczki bez przerwy poruszają się, wibrują i obracają. Jak wiadomo, ruch cząsteczek to inaczej temperatura, jeśli chcemy cząsteczkę uciszyć, musimy obniżyć jej temperaturę blisko zera absolutnego, czyli -273,15 °C. Jak można schłodzić pojedynczą cząsteczkę? Udało się to zrobić z wykorzystaniem lasera. Wielu może zdziwić, w jaki sposób laser, kojarzony raczej z wysoką temperaturą można wykorzystać do chłodzenia? Promień lasera to najprościej mówiąc: strumień fotonów, które trafiając w cząsteczkę, poruszają nią. Jeśli cząsteczkę umieścimy pomiędzy dwoma przeciwległymi promieniami, to ograniczymy jej ruchy i przytrzymamy. A mniej ruchu to niższa temperatura. Chłodzenie laserem wykorzystywano już do pojedynczych atomów, ale nie stosowano wcześniej tej metody do cząsteczek, ponieważ mają one nieregularne kształty i zachowują się nieprzewidywalnie. Dlatego osiągnięcie zespołu DeMille'a jest takim sukcesem. Schłodzili oni niemal do zera absolutnego cząsteczkę monofluorku strontu, ale zamierzają ją rozwinąć i zastosować również do cząsteczek innych związków. To rewolucja - mówią autorzy. Technika znajdzie zastosowanie nie tylko przy konstruowaniu kwantowych komputerów, ale również do wielu innych eksperymentów. Jednym z nich jest uzyskanie efektu tunelowania kwantowego, ale przyda się również do precyzyjnych pomiarów struktury molekuł, czy wynajdywania nowych, nieznanych dotąd cząsteczek.
-
Uczonym z Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST) udało się, jako pierwszym w historii, zaprezentować metodę konwersji pojedynczego fotonu wyemitowanego z kwantowej kropki w paśmie 1300 nm (bliska podczerwień) w foton charakterystyczny dla emisji fali o długości 710 nm (światło bliskie widzialnemu). Możliwość zmiany koloru pojedynczego fotonu może być ważnym krokiem na drodze do stworzenia hybrydowych kwantowych systemów obliczeniowych i komunikacyjnych. W przetwarzaniu kwantowej informacji bardzo ważna jest możliwość jej transportu w formie zakodowanej w fotonie oraz przechowywania. Specjaliści dążą do tego, by pojedyncze urządzenie było w stanie przechowywać i kodować kwantową informację. Problem jednak w tym, że dostępne obecnie systemy pamięci kwantowych są w stanie przechowywać fotony ze światła bliskiego światłu widzialnemu, a tymczasem najlepsze wyniki daje transport fotonów z podczerwieni, gdyż takie fale doświadczają najmniejszych strat w światłowodach. To pokazuje, jak ważny jest wynalazek NIST. Pozwala on bowiem na skonstruowanie pojedynczego urządzenia, które będzie pracowało z różnymi fotonami. Specjaliści z NIST dokonali tego łącząc źródło fotonu z wykrywaczem zdolnym do zmiany częstotliwości z niższej (długa fala) na wyższą (krótka fala). Ważnym osiągnięciem jest wykorzystanie tutaj kropki kwantowej, gdyż pozwala ona na emisję pojedynczego fotonu o określonej długości fali (kolorze). Wcześniej naukowcy nie potrafili uzyskać aż tak dużej kontroli nad fotonami. Dodatkową zaletą tej technologii jest konwersja fotonu z podczerwieni do światła niemal widzialnego. Pozwala to bowiem aż 25-krotnie zwiększyć wykrywalność fotonów, gdyż obecnie dostępne detektory dla światła bliskiego widzialnemu są znacznie doskonalsze niż te dla podczerwieni.
-
Naukowcy z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii, University of Melbourne oraz fińskiego Uniwersytetu Aalto pokazali sposób na wykrywanie spinu pojedynczego elektronu. Ich badania dają nadzieję na skonstruowanie jednego z najważniejszych elementów komputera kwantowego, czyli czytnika stanu pojedynczego elektronu. Zespół pracujący pod kierownictwem Andrei Morello i Andrew Dzuraka jako pierwszy w historii zmierzył spin pojedynczego elektronu w krzemie. Nasze urządzenie wykrywa spin pojedynczego elektronu w pojedynczym atomie fosforu umieszczonym na krzemie. Spin elektronu kontroluje przepływ elektronów w pobliskim obwodzie - mówi Morello. Teraz uczeni pracują nad skonstruowaniem urządzenia zapisującego dane w pojedynczym elektronie. Gdy im się to uda, połączą oba urządzenia, a z ich par będą budowali 2-bitowe bramki logiczne.
-
Naukowcy z Centrum Fotoniki Kwantowej na University of Bristol wierzą, że dzięki ich ostatnim pracom kwantowe komputery mogą pojawić się w ciągu najbliższych 10 lat, a nie, jak dotychczas przypuszczano, nie wcześniej niż za 20-25 lat. Uczeni z japońskiego Tohoku University, izraelskiego Instytutu Weizmanna oraz holenderskiego Uniwersytetu Twente, pracujący pod kierunkiem naukowców z Bristolu, udoskonalili tzw. kwantowe błądzenie losowe. Opracowana w Bristolu technika wykorzystuje dwa fotony, poruszające się po obwodach krzemowego układu scalonego. Dotychczas przeprowadzono wiele eksperymentów z kwantowym błądzeniem losowym, a cały proces może być dokładnie modelowany przez współczesną fizykę. Jednak wszystkie eksperymenty wykorzystywały jeden foton. Po raz pierwszy udało się do kwantowego błądzenia losowego zaprząc dwa fotony. Dzięki wykorzystaniu dwóch fotonów możemy prowadzić obliczenia, które są wykładniczo bardziej skomplikowane, niż wcześniej dokonywane kalkulacje. To początek nowej dziedziny badań nad kwantową informatyką. To przetarcie drogi ku powstaniu kwantowych komputerów, które umożliwią nam zrozumienie najbardziej skomplikowanych problemów naukowych - mówi profesor Jeremy O'Brien, dyrektor Centrum Fotoniki Kwantowej. Naukowcy już rozpoczęli prace nad laboratoryjnymi narzędziami badawczymi, wykorzystującymi losowe błądzenie dwóch fotonów. Zwiększenie liczby fotonów z jednego do dwóch było zadaniem bardzo trudnym, gdyż muszą one być identyczne pod każdym względem. Uczeni wierzą jednak, że teraz dodawanie kolejnych fotonów będzie łatwiejsze. Za każdym razem gdy dodamy foton, wykładniczo wzrośnie stopień skomplikowania problemów, które będziemy mogli rozwiązać. Z jednego fotonu mamy 10 wyników, system dwufotonowy daje 100 odpowiedzi, a taki, który składa się z trzech fotonów - 1000 - dodaje O'Brien.
-
Uczeni z University College London (UCL) oraz florydzkiego National High Magnetic Field Lab (NHMFL) dowodzą, że bizmut znacznie lepiej nadaje się do produkcji układów spintronicznych niż faworyzowany fosfor. Bizmut jest kompatybilny z krzemem, jednak pierwiastkiem tym się praktycznie nie zajmowano. Wysiłki specjalistów pracujących nad spintroniką skupiły się wokół fosforu dlatego, że już obecnie jest on używany w krzemie. Brytyjscy i amerykańscy uczeni odkryli, że bizmut jest znacznie lepszym materiałem niż fosfor. Bizmut to najcięższy stabilny atom. I o ile fosfor daje nam do dyspozycji dwie wartości spinu, to bizmut na 5 orbitalach może przechowywać po 2 wartości, pozwalając na zapisanie danych w 10 kierunkach spinu. To z kolei czyni bizmut znacznie lepszym niż fosfor kandydatem na materiał wykorzystywany w komputerach kwantowych. Uczeni z UCL i NHMFL proponują połączenie zalet obu pierwiastków. W ich koncepcji bizmut służyłby do przechowywania danych, a fosfor do kontroli ich przepływu. Główny autor badań, doktor Gavin Morley z UCL stwierdził: Podczas badań pokonaliśmy takie przeszkody jak użycie bizmutu do przygotowania, kontroli i przechowywania kwantowej informacji. W tym przypadku większy znaczy lepszy gdyż większe jądro atomu bizmutu zapewnia więcej miejsca na przechowywanie kwantowej informacji.
-
Uzyskanie fotonowych "trojaczków" to duży przełom na polu optyki kwantowej, który wpłynie też na prace nad komputerami kwantowymi. W przeszłości uzyskanie par fotonów zrewolucjonizowało optykę kwantową i umożliwiło postanie kwantowej kryptografii oraz dało nadzieję na zaprzęgnięcie fotonów do obliczeń. Teraz Thomas Jennewein, Hannes Hubel, Deny Hamel, Kevin Resch z kanadyjskiego University of Waterloo, Alessandro Fedrizzi z University of Queensland w Australii oraz Sven Ramelow z Austriackiej Akademii Nauk uzyskali trzy powiązane ze sobą fotony. Pary fotonów otrzymuje się po przepuszczeniu silnego światła laserowego przez kryształ. Foton padający na kryształ zostaje przekształcony w splecioną parę fotonów. Obecnie naukowcy dodali kolejny etap, przepuszczając jeden z fotonów przez kolejny kryształ, uzyskując dodatkowy foton. W ten sposób powstały trzy fotony, które były ze sobą splątane, gdyż początek im dał ten sam foton. Najnowsze osiągnięcie naukowe umożliwi przeprowadzenie zupełnie nowych eksperymentów i pozwoli zbadać niedostępne dotychczas zjawiska kwantowe.
-
Zespół złożony z naukowców z czterech uczelni wyższych dokonał przełomu, który może przyczynić się do powstania komputerów kwantowych zbudowanych z... krzemu. Uczeni z University of Surrey, University College London, Herriot-Watt University oraz Instytutu Fizyki Plazmy z Utrechtu byli w stanie, po raz pierwszy w historii, kontrolować w krzemie zdolność elektronu do przebywania w dwóch miejscach jednocześnie. Elektron umieszczono w dwóch różnych miejscach za pomocą niezwykle intensywnych, krótkotrwałych impulsów lasera pracującego w dalekiej podczerwieni. W ten sposób, dzięki laserowi Dutch Felix stworono kwantową superpozycję elektronu. Oznacza to, że zbudowanie bazującego na krzemie komputera kwantowego może być w zasięgu ręki - powiedział profesor Ben Murgin z University of Surrey. W najbliższych latach mogą powstać pierwsze urządzenia dokonujące obliczeń dzięki nowej technice opracowanej przez brytyjsko-holenderski zespół.
-
Fizycy z uniwersytetów Rice i Princeton odkryli niezwykły stan materii, w którym cząsteczki zawierają "rejestr kwantowy". Oznacza to, że zawarta w nich informacja nie może zostać utracona wskutek zewnętrznych oddziaływań. Naukowcy stworzyli niezwykle chłodny koktajl elektronów złapanych w magnetyczne pułapki, uzyskując "kwantową ciecz Halla". Uczeni, poza tym, że dokonali zadziwiającego odkrycia, chcieliby się przekonać, czy ich "płyn" może być wykorzystany do budowy komputera kwantowego. Maszyny kwantowe są niezwykle wrażliwe na wszelkie oddziaływania zewnętrzne, które zakłócają obliczenia i przechowywane informacje. Najnowsze odkrycie może być pierwszym, przełomowym krokiem, w kierunku powstania i praktycznego wykorzystania kwantowych komputerów. Już teraz wszystko wskazuje na to, że płyn ma pożądane właściwości i reprezentuje nieabelowy stan materii. Właśnie dzięki temu cząstki mają wewnętrzny "rejestr", w którym zachowują informacje o swoim poprzednim stanie. Jednak jak obiecująco by nie wyglądało najnowsze odkrycie, warto zauważyć, że to dopiero początek długiej drogi. Samo zbudowanie odpowiedniej "lodówki" chłodzącej elektrony zajęło uczonym kilka lat. Następnie przez tydzień schładzali najczystsze na Ziemi fragmenty arsenku galu do temperatury o 1/10 000 wyższej od zera absolutnego. Dopiero wówczas udało się uzyskać wspomniany powyżej niezwykły stan materii.
-
Kanadyjska firma D-Wave wywołała przed niemal trzema laty sporą sensację, ogłaszając powstanie pierwszego na świecie kwantowego komputera. Teraz jeden z menedżerów Google'a przyznał, że wyszukiwarkowy koncern współpracuje z D-Wave nad metodami zaprzęgnięcia kwantowych obliczeń do wyszukiwania. Jak poinformował na swoim blogu Hartmut Neven, D-Wave i Google chcą, by dzięki temu wyszukiwarka łatwiej identyfikowała obiekty na zdjęciach, w plikach wideo i .pdf. Przez ostatnie trzy lata zespół Google'a badał, w jaki sposób takie problemy jak rozpoznawanie obiektów na obrazku i uczenie się na tej podstawie, może stać się możliwe dzięki wykorzystaniu algorytmów kwantowych. Wykorzystujemy przy tym algorytmy adiabatyczne, opracowane przez Edwarda Farhiego i jego współpracowników z MIT. Mogą one dostarczyć lepszych wyników niż można uzyskać za pomocą metod klasycznych. Przed kilkoma dniami, podczas konferencji Neural Information Processing Systems (NIPS 2009), Google zaprezentowało działający system, który natychmiast po nauczeniu się, jak wygląda samochód, był w stanie znaleźć samochody. Najpierw do pamięci systemu wgrano 20 000 fotografii. Na połowie z nich były samochody. Pojazdy zaznaczono ramką, tak, by system wiedział, czym jest "samochód". Później użyto kolejnego zestawu 20 000 zdjęć, z których połowa przedstawiała samochody. System Google'a zidentyfikował pojazdy znacznie szybciej niż inne tradycyjne metody. Całość pracowała na procesorze C4 Chimera firmy D-Wave i wykorzystywała adiabatyczne algorytmy kwantowe. Nie wiadomo, jak długo przyjdzie nam czekać, zanim Google zastosuje powyższe rozwiązania w praktyce. Dotychczasowe procesory D-Wave'a wymagały schłodzenia niemal do 0 absolutnego. Niewykluczone jednak, że za jakiś czas wyszukiwarkowy gigant zdecyduje się na utworzenie centrum bazodanowego, w którym połączy układy firmy D-Wave z tradycyjnymi procesorami.
-
Przeprowadzono testy pierwszego uniwersalnego, programowalnego komputera kwantowego. Odbyły się one w warunkach laboratoryjnych i ujawniły sporo problemów, które muszą zostać rozwiązane, zanim tego typu komputer pojawi się poza laboratorium. Podczas testów prowadzonych przez zespół Davida Hanneke użyto urządzenia skonstruowanego przez amerykański Narodowy Instytut Standardów i Technologii (NIST). Maszyna wykonuje obliczenia na dwóch kubitach (kwantowych bitach). Obliczenia kwantowe były wykonywane już wcześniej, jednak dotychczas udawało się je przeprowadzać tylko dla pewnych specyficznych algorytmów. Teraz amerykańscy naukowcy pokazali, w jaki sposób wykonywać każdy rodzaj kwantowych obliczeń za pomocą tego samego urządzenia. Jego sercem jest pokryta złotem płytka aluminium. Umieszczono na niej elektromagnetyczną pułapkę o średnicy 200 nanometrów, w której uwięziono dwa jony magnezu i dwa berylu. Magnez działa jak rodzaj "zamrażarki", eliminując niepożądane wibracje i utrzymując stabilność systemu jonów. Całość uzupełniały lasery, w których świetle zakodowano kwantowe bramki logiczne. Seria impulsów z zakodowanymi bramkami trafia w jony, a wyniki są odczytywane przez inny laser. Spośród nieskończonej liczby operacji, które można przeprowadzić na dwóch kubitach, wybrano 160 przypadkowych, by sprawdzić uniwersalny charakter komputera. Podczas każdej z operacji oba jony berylu były ostrzeliwane impulsami lasera, w których zakodowano 31 różnych bramek logicznych. Każdy ze 160 programów został uruchomiony 900 razy. Uzyskane wyniki porównano z teoretycznymi wyliczeniami i okazało się, że maszyna pracuje tak, jak to przewidziano. Stwierdzono, że każda bramka logiczna pracuje z ponad 90-procentową dokładnością, jednak po ich połączeniu system osiągnął dokładność około 79%. Działo się tak dlatego, że istnieją niewielkie różnice w intensywności impulsów z różnymi zakodowanymi bramkami. Ponadto impulsy muszą być rozdzielane, odbijane i przechodzą wiele innych operacji, przez co wprowadzane są kolejne błędy. Mimo osiągnięcia dobrych rezultatów, system musi być znacznie poprawiony. Naukowcy z NIST mówią, że musi on osiągnąć dokładność rzędu 99,99% zanim trafi do komputerów. By tego dokonać należy poprawić stabilność laserów i zmniejszyć liczbę błędów wynikających z interakcji światła z komponentami optycznymi.
-
Od pewnego czasu fizycy spekulują, że koncepcja zamkniętej pętli czasu (CTC - closed timeline curve) mogłaby przyczynić się do stworzenia komputerów wykorzystujących idealne stany kwantowe, a nawet spowodować powstanie standardowych maszyn, które, po wyposażeniu ich w CTC, byłyby tak samo wydajne, jak komputery kwantowe. Mowa tutaj o koncepcji, która zakłada, że komputer z dostępem do zamkniętej pętli czasu (a więc takiej, która wraca do swojego początku) mógłby wysłać rezultaty obliczeń do swojej przeszłości. Tym samym bardzo szybko po wprowadzeniu danych otrzymalibyśmy wynik. Najnowsze badania, przeprowadzone przez naukowców z IBM-a i University of Waterloo wskazują jednak, że jeśli nawet CTC istnieją, to nie przyczynią się do tak znacznego wzrostu mocy obliczeniowej jak sądzono. Uczeni wyjaśniają, że specjaliści rozważający przydatność zamkniętych pętli czasu wpadli w "pułapkę linearności". Koncepcja CTC zakłada bowiem, że zmiany kwantowe są nielinearne, podczas gdy kwantowe systemy mechaniczne ewoluują w sposób linearny. Zdaniem Charlesa Bennetta, Graeme Smitha, Johna Smolina i Debbie Leung korzyści, które miały przynieść CTC, wynikały z tego, że analizowano ewolucję poszczególnych czystych stanów kwantowych i linearnie rozciągano wnioski tak, by określić ewolucję stanów mieszanych. To właśnie nazywa się "pułapką linearności", gdy teorie nielinearne rozważa się w sposób linearny. Zdaniem wymienionych naukowców, zastosowanie CTC w obliczeniach spowoduje, że dane wyjściowe nie będą skorelowane z danymi wejściowymi, przez co nie będą zbyt użyteczne przy obliczeniach. Problem z wcześniejszymi teoriami polega na tym, że nie brały one pod uwagę fizycznych procesów wyboru danych wejściowych na potrzeby obliczeń. W teorii nielinearnej dane na wyjściu nie zależą tylko od danych wejściowych ale również od sposobu ich wyboru - mówi Smith. Scott Aaronson z MIT-u, który też zajmował się możliwymi zaletami wykorzystania CTC w obliczeniach, nie zgadza się z takim postawieniem sprawy. Mówi, że brał pod uwagę problemy nieliniowością systemu, ale nie uważa, by odgrywały aż tak dużą rolę, jak chcą tego Bennett i jego koledzy. Prawdziwy powód niezgody jest następujący: w znanym nam wszechświecie CTC niemal na pewno nie istnieją. A więc zadając pytanie o prawidłowy model komputerowy je wykorzystujący, tak naprawdę zadajemy dziwaczne i źle zdefiniowane pytanie - stwierdza Aaronson.
-
Fizykom z uniwersytetu w São Paulo, Erlangen-Nuremberg i Instytutu Maksa Plancka udało się doprowadzić do kwantowego splątania trzech wiązek światła o różnych długościach. Dotychczas udawało się to w przypadku dwóch wiązek, a autorzy badań mówią, że dopiero trzy splątane wiązki mogą służyć jako węzły przyszłych sieci kwantowych. Nad komputerami i sieciami kwantowymi pracuje wiele grup badawczych. Prowadzą one bardzo różne projekty i już teraz możemy stwierdzić, że żadne pojedyncze rozwiązanie nie pozwoli na zbudowanie kwantowych sieci i maszyn. Każde z nich ma pewne zalety, ale i wady. Stąd też najprawdopodobniej systemy kwantowe będą systemami hybrydowymi, wykorzystującymi różne rozwiązania do osiągnięcia jednego celu. Jak mówi Paulo Nussenzveig z uniwersytetu w São Paulo, wśród obiecujących kandydatów do budowy systemów kwantowych znajdują się techniki tworzenia pułapek jonowych, kropki kwantowe, polarytony. W badaniach wykorzystuje się też nadprzewodniki, pole magnetyczne czy mikrofale. To obrazuje stopień skomplikowania i pokazuje, iż prawdopodobnie będziemy mieli do czynienia z systemem, na który złoży się wiele rozwiązań. Jednak rozwiązania te będą charakteryzowały się różnymi właściwościami, a więc w różny sposób będzie przebiegała ich interakcja ze światłem. Stąd konieczność stworzenia systemu przesyłu informacji, który poradzi sobie z tym zadaniem i dlatego tak ważne są badania przeprowadzone przez niemiecko-brazylijski zespół. By to zobrazować, Nussenzveig posługuje się następującym przykładem. Wyobraźmy sobie, że chcemy przesłać informację składowaną w atomach rubidu do odległego węzła sieci. Atomy drgają w odpowiedzi na światło o długości 780 nanometrów, ale fala taka słabo rozprzestrzenia się w sieciach optycznych. Musimy więc zmienić jej długość na 1550 nm. A na drugim końcu łącza mamy kropki kwantowe, w których chcemy zapisać przesłane informacje. Kropki reagują na światło o długości fali 800 nm. Dzięki splątaniu trzech fal możemy dokonać takiej operacji. Dodaje przy tym, że to, co zostało obecnie osiągnięte to jedynie dowód, że splątanie trzech długości fali jest możliwe. Na razie techniki tej nie da się wykorzystać w praktyce. Splątania trzech fali dokonano za pomocą parametrycznego oscylatora optycznego. Naukowcom udało się dzięki niemu uzyskać fale o długości 532, 1062 i 1066 nanometrów. Podczas badania splątanych fali okazało się, że czasem może dość do nagłej utraty stanu splątania, co zaburzy komunikację. Kolejne eksperymenty dowiodły jednak, że nie zdarza się to przy każdych częstotliwościach, co oznacza, że stany splątane nie mają identycznej natury. Ta obserwacja będzie przydatna na innych polach, gdyż wskazuje, że jeszcze jest sporo do odkrycia na temat natury i dynamiki splątania kwantowego. Większość ludzi sądzi, że wiemy już niemal wszystko o splątanych stanach Gaussa. My jednak zaobserwowaliśmy dwa stany Gaussa, oba ze splątaniem trzech elementów, które charakteryzowały się różną trwałością. Miały więc różne właściwości. Dlaczego tak się dzieje? Jak możemy przewidzieć, czy pewne splątane stany Gaussa będą trwałe czy też nie? Sądzimy, że ciągle czeka nas znalezienie odpowiedzi na podstawowe pytania - mówi Nussenzveig.
-
Fizycy z amerykańskiego Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST), którzy pracują nad rozwojem kwantowych komputerów, odkryli, że użycie diamentów może znacząco zwiększyć rozdzielczość urządzeń do obrazowania medycznego. Specjaliści uznali, że dobrym kandydatem do zapisywania kwantowych informacji będzie atom azotu uwięziony w diamencie. Badania wykazały, że jest to rozwiązanie niezwykle czułe na oddziaływanie pola magnetycznego i, co ważne, działa w temperaturze pokojowej. W diamentach czasami występują niedoskonałości. Jednym z najpopularniejszych zanieczyszczeń jest zastąpienie dwóch atomów węgla atomem azotu. Miejsce po drugim atomie węgla pozostaje puste. To właśnie te puste miejsca spowodowane oddziaływaniem azotu odpowiadają częściowo za błyszczenie się diamentu. Gdy diament z takim atomem azotu oświetlimy zielonym światłem, dwa pozbawione pary wzbudzone elektrony atomu azotu świecą jasnym czerwonym światłem. Amerykańscy naukowcy użyli niewielkich różnic w fluorescencji elektronów, by określić ich spin. Co najważniejsze, udało im się przetransferować zawartą w spinie informację pomiędzy jądrem atomu a elektronem. Dzięki temu można ją znacznie łatwiej odczytać, co zawsze stanowiło problem w systemach kwantowych. To kolejny mały krok w kierunku powstania komputerów kwantowych, jednak zanim prace Amerykanów znajdą zastosowanie w tego typu maszynach, mogą pomóc znacząco zwiększyć rozdzielczość urządzeń do obrazowania medycznego. Fizyk teoretyczny Jacob Taylor uważa, że w niedalekiej przyszłości mogą powstać czujniki wyposażone w diamentowy czubek, które będą w stanie wykonywać na pojedynczych komórkach czy molekułach testy za pomocą techniki rezonansu magnetycznego. Obecnie uznaje się, że tego typu badania nie są możliwe do przeprowadzenia, gdyż ich pola magnetyczne są zbyt słabe. Jednak ta technika charakteryzuje się bardzo niską toksycznością i może być stosowana w temperaturze pokojowej. Może ona pozwolić na zajrzenie do wnętrza pojedynczej komórki i wykonać wizualizację tego, co dzieje się w jej poszczególnych częściach - mówi Taylor.
-
Dwaj doktoranci z Centrum Fotoniki Kwantowej University of Bristol, Alberto Politi i Jonathan Matthews, przeprowadzili eksperyment, podczas którego dokonali pierwszych w historii obliczeń z użyciem kwantowego optycznego układu scalonego. Przed układem postawiono zadanie znalezienia czynników pierwszych liczby 15. Do chipa wprowadzono cztery fotony, które wędrując przez falowody stworzyły bramki logiczne. Naukowcy uzyskali wyniki obliczeń sprawdzając, którymi falowodami fotony opuściły układ. Podczas obliczeń wykorzystano algorytm Shora. Warto w tym miejscu przypomnieć, że to właśnie dzięki pracom Petera Shora z Bell Laboratories i jego algorytmowi, który powstał w 1994 roku, świat zainteresował się komputerami kwantowymi. Wcześniej rozważano komputery kwantowe jako maszyny zdolne do przeprowadzania pewnych obliczeń z dziedziny fizyki kwantowej. Interesowały więc one bardzo wąskie grono specjalistów. Dopiero Shor pokazał, że komputer kwantowy będzie przydatny do rozkładu wielkich liczb na czynniki pierwsze, a więc przyda się do łamania szyfrów. System obliczeniowy zastosowany w Bristolu składał się ze źródła fotonów, wykrywacza fotonów i układu zdolnego do przeprowadzenia prostych obliczeń. Przed naukowcami pracującymi nad komputerami kwantowymi jeszcze wiele pracy. Maszyny, zdolne zagrozić współczesnym szyfrom powstaną nie wcześniej niż za 10 lat. Z kolei na w pełni funkcjonalny komputer kwantowy będziemy musieli zapewne poczekać co najmniej 20 lat.
-
Jednym z największych problemów stojących przed specjalistami pracującymi nad komputerem kwantowym jest uodpornienie takiej maszyny na zakłócenie zewnętrzne. Dzięki pracom fizyków z University of Queensland może stać się to znacznie prostsze. Doktorzy Tom Stace, Andrew Doherty i Sean Barrett wykazali, że obliczenia kwantowe są bardzo odporne na liczne błędy. Okazało się, że urządzenie do obliczeń kwantowych może prawidłowo działać nawet wówczas gdy 10% jego komponentów wykonuje błędne wyliczenia. Prawidłowe wyniki otrzymamy też, gdy nawet 50% komponentów ulegnie awarii. "Urządzenia kwantowe są bardzo wrażliwe na zakłócenia z otoczenia, a ich wydajność może być znacząco upośledzona przez błędy. Nasze badania skupiały się zatem na opracowaniu sposobu na produkcję użytecznego urządzenia kwantowego z niedoskonałych komponentów. Te teoretyczne prace pozwalają nam stwierdzić, na ile precyzyjnie musi działać kwantowa maszyna, by spełnić swoje zadanie" - stwierdził Stance.
-
Zespół pod kierownictwem Stevena Girvina z Yale University stworzył pierwszy w historii elektroniczny procesor kwantowy. Zbudowany z nadprzewodnika chip pracuje z dwoma qubitami i jest w stanie przeprowadzać bardzo proste operacje. Podobne obliczenia kwantowe były dokonywane już wcześniej, ale po raz pierwszy udało się je przeprowadzić za pomocą urządzenia, które jest ciałem stałym, a więc przypomina współcześnie używane procesory. Każdy z qubitów jest złożony z około miliarda atomów glinu, jednak zachowują się one jak pojedynczy atom i mogą jednocześnie przybierać dwa różne stany energetyczne, a więc mamy do czynienia ze zjawiskiem superpozycji. Dotychczas nie udawało się przeprowadzić obliczeń kwantowych w ciele stałym, ponieważ kwantowe bity (qubity) błyskawicznie traciły swoje właściwości, stając się "zwykłymi" bitami. Pierwsze qubity, uzyskane 10 lat temu, wykazywały właściwości kwantowe przez nanosekundę. Teraz naukowcom udało się wydłużyć ten czas tysiąckrotnie, do mikrosekundy. To wystarczyło, by przeprowadzić proste operacje. Oba qubity komunikowały się ze sobą za pomocą fotonów przesyłanych poprzednio skonstruowanymi połączeniami. Uczonym udało się zmusić qubity, by wymieniały dane i robiły to tylko wtedy, gdy uczeni tego chcieli. Teraz naukowcy będą starali się wydłużyć czas, w którym qubity wykazują właściwości kwantowe. Jeśli im się to uda, będzie można dokonywać bardziej złożonych obliczeń. Akademicy chcą też zwiększyć liczbę wykorzystywanych qubitów, co znakomicie zwiększy wydajność obliczeniową całego systemu. Od powstania pierwszego kwantowego komputera dzieli nas jeszcze wiele lat, jednak właśnie jesteśmy świadkami dokonania olbrzymiego kroku naprzód.
-
Profesor Marshall Stoneham z Londyńskiego Centrum Nanotechnologii na University College London twierdzi, że znalazł idealny materiał dla komputerów kwantowych. Jest nim diament, który ma być dla maszyn przyszłości tym, czym dla obecnych komputerów jest krzem. Przed twórcami komputerów kwantowych stoi wiele wyzwań, a najważniejszym z nich jest znalezienie sposobu na odczytanie zapisanych informacji. Stany kwantowe są bardzo nietrwałe, a jakakolwiek próba manipulowania informacją może zakończyć się jej bezpowrotnym zniszczeniem. Dlatego też uczeni zastanawiają się w jaki sposób przechowywać samą informację kwantową i w jaki sposób ją odczytać. Profesor Stoneham uważa, że diament wzbogacony azotem to materiał, który pozwoli na wystarczająco długie przechowywanie informacji kwantowych. Na niewielkiej przestrzeni pozwala też na przechowywanie stosunkowo dużej ilości danych. Ponadto qubity (kwantowe bity) w diamencie mogą być splątane, co pozwala na przetwarzanie i przesyłanie informacji. Manipulacja kwantową informacją zapisaną w diamentach jest możliwa za pomocą dział fotonowych i, co niezwykle istotne, odbywa się w temperaturze pokojowej. Trudno w tej chwili orzec, czy rzeczywiście w kwantowych komputerach znajdą się diamenty. Prace nad maszynami przyszłości trwają w wielu ośrodkach, które stosują liczne różne materiały. Dopiero za kilkanaście lat dowiemy się, jak będzie wyglądał kwantowy komputer.
-
Naukowcy z uniwersytetów w Oxfordzie i Princeton wraz ze specjalistami z Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) poinformowali o dokonaniu ważnego odkrycia na drodze do powstania komputerów kwantowych. W maszynach takich informacja ma być przechowywana w postaci kwantowych bitów, qubitów. Jednak dane w postaci stanu kwantowego są bardzo niestabilne i mogą zostać bardzo łatwo zmienione przez wpływ środowiska. Amerykańskim naukowcom udało się odizolować je od tego wpływu. Aby to osiągnąć przygotowali hybrydowy system składający się z elektronów i jąder atomu fosforu umieszczonych w krysztale krzemu. Jądro i elektron zachowują się wówczas jak miniaturowe kwantowe magnesy, zdolne do przechowywania informacji. Elektron w krysztale zajmuje (jako rozmyta gęstość prawdopodobieństwa) obszar ponad milion razy większy i jako taki ma tysiące razy silniejsze pole magnetyczne niż jądro atomu. Dzięki temu można go wykorzystać do manipulowania informacją i jej mierzenia, nie nadaje się jednak do jej przechowywania, gdyż jest bardzo niestabilny. Tutaj rozpoczyna się rola jądra atomowego. Gdy informacja zawarta w elektronie jest już gotowa do przechowywania, zostaje ona wysłana do znacznie bardziej stabilnego jądra. Eksperymenty wykazały, że taka metoda pozwala na przechowywanie informacji kwantowej przez 1750 milisekund (1,75 sekundy). To znaczny postęp, ponieważ dotychczas udawało się ją przechować przez kilkadziesiąt milisekund. Opisane powyżej badania są bardzo ważne, jednak nie należy się spodziewać, by w najbliższych latach powstały prawdziwe komputery kwantowe. Eksperyment był trudny do przeprowadzenia, a udał się on dzięki wzbogaceniu krzemu izotopem 28Si i wyhodowaniu niezwykle czystego, dużego kryształu.
-
Naukowcy ponownie przybliżyli nas do dnia, w którym powstaną kwantowe komputery. Sven Rogge i jego zespół z Delft University, wraz z kolegami z tak znanych instytucji jak Purdue University, University of Melbourne i belgijski IMEC, pokazali, że można kontrolować stan kwantowy pojedynczego elektronu. I to za pomocą obecnie dostępnych narzędzi. Uczeni wykorzystali tranzystory, używane do badań nad nanotechnologiami. Każdy z tranzystorów składał się z dwóch skrzyżowanych krzemowych nanowłókien. Jedno z nanowłókien, to leżące pod spodem drugiego, było podłączone do elektrod zawierających arsen. Czasami, po przyłożeniu napięcia, do tranzystora przedostawał się atom arsenu. Gdy naukowcy włączyli napięcie w 100 tranzystorach, okazało się, że w sześciu z nich pojawiły się atomy arsenu. Dalsze badania wykazały, że dzięki zmianom napięcia można kontrolować stan kwantowy jednego z elektronów w atomie. Dzięki skaningowej spektroskopii tunelowej udało się zidentyfikować w sześciu tranzystorach trzy różne stany elektronów. Jeden z nich odpowiadał stanowi, w którym elektron znajdował się jednocześnie w dwóch miejscach - a właśnie taki stan jest potrzebny do przeprowadzania obliczeń kwantowych. Naukowcy wiedzieli jednak, że by zrozumieć zachowanie pojedynczego atomu, muszą przeprowadzić badania na dużej grupie. Wykorzystali komercyjnie dostępne oprogramowanie NEMO 3D do opisania dużego systemu składającego się z 1,4 miliona atomów. Okazało się, że wyniki pomiarów za pomocą oprogramowania zgadzają się z wynikami obserwacji za pomocą spektroskopu. To bardzo dobra wiadomość, gdyż pokazuje, że komputerowa symulacja jest przeprowadzana prawidłowo. Stan elektronu można kontrolować za pomocą siły pola magnetycznego krzemowego nanowółkna znajdującego się na wierzchu. Przy słabym polu magnetycznym elektron pozostaje przy atomie arsenu. Przy silnym, oddala się od niego. Odpowiednio dobrane pole magnetyczne powoduje zaś, że elektron znajduje się w obu miejscach jednocześnie. Warto pamiętać, że do działania komputera kwantowego konieczne jest, by qubity (kwantowe bity) były ze sobą splątane. Oddalenie elektronu od atomu może być dobrą metodą na splątanie qubitów. Naukowcy zauważają, że muszą się jeszcze nauczyć w jaki sposób umieszczać atomy arsenu w krzemowych nanowłóknach. Obecnie potrafią umieścić je przez przypadek, stąd wynik 6 atomów w 100 wykorzystanych tranzystorach. Akademicy chcą też sprawdzić, co się stanie, jeśli w tym samym nanowłóknie znajdą się 2 atomy.
-
Fizycy z Izraelskiego Instytutu Technologii Technion oraz z Instytutu Weizmanna potrafią przechowywać obrazy w gorącym gazie. Opracowana przez nich metoda pozwala na zapisanie skomplikowanego obrazu w oparach zawierających rubid na 30 mikrosekund. Technologia ta może przydać się w technikach przetwarzania obrazów oraz w obliczeniach kwantowych czy kwantowej komunikacji. Naukowcy wyjaśniają, że ich technologia wykorzystuje zjawisko elektromagnetycznie indukowanej przezroczystości. Izrealczycy najpierw zapisali obraz w impulsie światła. Gdy taki impuls uderza w atomy gazu, światło jest absorbowane i powoduje wzbudzenie atomów. Jednak jeśli użyjemy drugiego impulsu światła, wprowadza on atomy w pewien wyjątkowy stan kwantowy, który powoduje, że pierwszy impuls może przejść przez opary. To właśnie nazywane jest elektromagnetycznie indukowaną przezroczystością. Już wcześniejsze eksperymenty wykazały, że gdy drugi z impulsów światła zostaje wyłączony w czasie, gdy pierwszy znajduje się w oparach, to pierwszy zostaje w parze "uwięziony" i jest przez jakiś czas przechowywany. Ponowne włącznie drugiego impulsu powoduje "odzyskanie" pierwszego. Izraelczycy najpierw spowolnili światło do prędkości grupowej wynoszącej 8000 metrów na sekundę. Dwa promienie światła zostały skierowane na parę zawierającą atomy rubidu i neonu. W momencie gdy pierwszy z promieni (zawierający obraz) wzbudził atomy, naukowcy wyłączyli drugi promień, dzięki czemu pierwszy uwiązł w parze. Po 30 mikrosekundach ponownie włączyli drugi promień, uwalniając pierwszy wraz z niesionym przezeń obrazem. Cała informacja niesiona przez światło została przekształcona w kwantowy stan atomów. Później łatwo było wykryć koherencję poziomu stanu kwantowego atomów, więc stwierdziliśmy, że 'obraz' istnieje w parze - mówi Moshe Shuker z Technion. Z powodu zachodzącej dyfuzji "odzyskany" obraz był rozmazany. Naukowcy opracowali też system zapobiegania utracie jakości obrazu. W tym celu odwrócili fazy obrazu o 180 stopni, tak więc atomy o przeciwnych fazach, które uległy dyfuzji do obszarów pomiędzy liniami rysunku, mają znoszące się amplitudy, więc nie emitują światła, które negatywnie wpływałoby na jakość obrazu. Techniki przechowywania światła, nie tylko obrazów, mogą odgrywać bardzo istotną rolę w przyszłych urządzeniach kwantowych - mówi Shuker. Ponadto możliwość konwersji informacji kwantowej z jednego typu reprezentacji (impulsu światła) do innego (koherencji atomowej), może okazać się bardzo przydatne, jako, że oba dają unikatowe korzyści. Fotony to wspaniałe nośniki informacji, a koherencja atomowa dobrze nadaje się do przechowywania informacji, a może nawet do ich przetwarzania, gdyż atomy znacznie lepiej reagują z otoczeniem niż fotony - dodaje.
-
Naukowcy z Joint Quantum Institute oraz University of Maryland stworzyli "kwantowe obrazki", pary bogatych w informacje wzorców, których właściwości były ze sobą splątane. To, co pozornie wygląda na zabawę, może w przyszłości posłużyć do przechowywania danych w kwantowych komputerach czy bezpiecznego przesyłania informacji. Obrazki tworzą identyczne pary i są ze sobą splątane. Oznacza to, że, mimo iż nie są ze sobą fizycznie połączone, każda zmiana w jednym z nich wywołuje identyczną zmianę w drugim. Obrazy zawsze były preferowaną metodą komunikacji, ponieważ niosą ze sobą olbrzymią ilość informacji. Dotychczas urządzenia bazujące na optycznych technologiach tworzenia obrazu (np. aparaty), pomijały dużą część użytecznych danych. Dzięki obrazom korzystającym z praw mechaniki kwantowej możemy stworzyć lepsze rozwiązania nie tylko w dziedzinie tworzenia obrazów trudnych do zobaczenia obiektów, ale także w obszarach dotyczących przechowywania danych w komputerach kwantowych przyszłości - mówi Vincent Boyer, jeden z autorów badań. Do stworzenia obrazów naukowcy użyli technologii mieszania czterofalowego. Powoduje ono, jak czytamy w opracowaniu Jana i Jakuba Lamperskich oraz Zbigniewa Szymańskiego z Politechniki Poznańskiej wzbogacenie się widma propagowanego sygnału o nowe składowe wynikające z odpowiednich spełniających zasadę zachowania energii, kombinacji sum i różnic pierwotnych częstotliwości. W swoim eksperymencie Amerykanie użyli dwóch wiązek światła. Jedna z nich, próbkująca, przeszła najpierw przez matrycę z przygotowanym wcześniej obrazem. Następnie została skierowana do komórki z atomami rubidu w stanie gazowym. Tam napotkała na silną "pompującą" wiązkę światła. Atomy gazu reagowały ze światłem, absorbując jego energię i emitując wzmocnioną wersję pierwotnego obrazu. Ponadto powstał też drugi, bliźniaczy obraz splątany z pierwszym i obrócony o 180 stopni. Różnił się też on nieco kolorem od oryginału. Każdy piksel w jednym obrazku, miał swojego odpowiednika w drugim. Piksele, które były ze sobą splątane, podlegały identycznym fluktuacjom. Innymi słowy, obserwując zmiany zachodzące z czasem w jednym z obrazków, można było powiedzieć, jak zmienił się drugi. Naukowców najbardziej zaskoczyło to, jak łatwo udało im się uzyskać kwantowe obrazki. Wcześniej uczeni musieli je składać foton po fotonie. Teraz mogą uzyskać je znacznie szybciej, łatwiej i taniej.
-
Naukowcy z izraelskiego Instytutu Weizmanna udowodnili istnienie użytecznych quasi-cząsteczek. Te zadziwiające cząstki mogą w przyszłości przydać się m.in. do budowy komputerów kwantowych. Istnienie quasi-cząsteczek zostało przewidziane teoretycznie 20 lat temu. Miały one towarzyszyć kwantowemu efektowi Halla. Izraelczycy po raz pierwszy natknęli się na quasi-cząsteczki już przed 10 laty. Quasi-cząsteczki to cząstki, które posiadają jedynie część ładunku elektronu. I to właśnie czyni je niezwykłymi, gdyż elektron jest niepodzielną cząstką. Okazuje się jednak, że jeśli ułożymy elektrony w dwuwymiarową strukturę wewnątrz półprzewodnika, schłodzimy do temperatury bliskiej zeru absolutnemu i poddamy działaniu pola magnetycznego prostopadłego do warstwy elektronów, to zaczną się one zachowywać jak quasi-cząsteczki o ładunkach mniejszych, niż ładunek elektronu. Dotychczas jednak udawało się uzyskać quasi-cząsteczki o ładunku, który miał nieparzysty mianownik. Ich ładunek był więc 1/3 czy 1/5 ładunku elektronu. Merav Dolev, student profesora Moty Heibluma, wraz z doktorami Vladimirem Umanskym i Dianą Mahalu oraz profesorem Adym Sternem, znaleźli sposób na stworzenie quasi-cząsteczki o precyzyjnie ustalonym przez nich ładunku. Stanowi on 1/4 ładunku elektronu. Naukowcy wykorzystali do produkcji półprzewodnika niezwykle czysty arsenek galu. Utworzyli następnie dwuwymiarową strukturę elektronów, umieszczając około 3 miliardów tych cząstek na powierzchni milimetra kwadratowego w taki sposób, by na każdą fluktuację pola magnetycznego przypadało po pięć elektronów. Stworzona przez nich struktura ma kształt spłaszczonego szkiełka od zegarka, z lekkim zgrubieniem pośrodku, które umożliwia ruch ograniczonej liczby naładowanych cząstek. Fluktuacje spowodowane ruchem cząstek w tym zgrubieniu umożliwiły naukowcom precyzyjne zmierzenie ładunku cząstek. Uczeni szukali quasi-cząstek o ładunku z parzystym mianownikiem, potrzebnym do stworzenia teoretycznego "topograficznego komputera kwantowego". Quasi-cząstki z mianownikiem nieparzystym, w przeciwieństwie do tych z parzystym, nie są bowiem dobrymi nośnikami informacji.
