Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Uczeni z University of Bristol - Noah Linden, Sandu Popescu i Paul Skrzypczyk - zaproponowali stworzenie najmniejszej lodówki, składającej się zaledwie z kilku cząsteczek i zdolnej do osiągnięcia temperatury bliskiej zeru absolutnemu.

Praca naukowców jest czysto teoretyczna, a jej olbrzymią zaletą jest fakt, że ich lodówka nie wymaga skomplikowanych zewnętrznych systemów. Dotychczas tworzone miniaturowe lodówki wykorzystywały np. lasery.

Wspomniana lodówka składa się z trzech kubitów i wykorzystuje fakt istnienia splątania kwantowego. Jeden z kubitów należy umieścić w bardzo gorącej kąpieli, a drugi w kąpieli bliskiej temperaturze pokojowej. Chłodzony będzie trzeci kubit. Gdy pierwszy kubit pobiera energię z kąpieli, wpływa na drugi kubit "zachęcając go" do pobierania energii z trzeciego, schładzając go w ten sposób.

Z obliczeń wynika, że im cieplejsza kąpiel, w której umieszczony zostaje pierwszy kubit, tym większe możliwości chłodzące drugiego kubitu. Co więcej, tak długo jak kąpiel pierwszego kubitu pozostaje gorąca, system działa, a więc trzeci kubit ciągle jest chłodzony.

Na tym się jednak propozycje uczonych z Bristolu nie kończą. Wymyślili oni również najmniejszą lodówkę świata. Twierdzą, że identyczny mechanizm, wykorzystany w przypadku trzech kubitów można też zastosować do pojedynczego kutritu. To odpowiednik tritu, który może przyjmować nie jeden z dwóch (jak bit czy kubit), ale jeden z trzech stanów.

Jak zauważył fizyk Nicolas Gisin z uniwersytetu w Genewie, naukowcy z Bristolu w interesujący sposób połączyli termodynamikę i naukę o kwantowym przechowywaniu informacji.

W przyszłości prace Lindena, Popescu i Skrzypczyka mogą przydać się regulacji tempa reakcji pomiędzy proteinami w komórkach czy też do chłodzenia elementów kwantowych komputerów.

Rodzi się również pytanie, czy tego typu miniaturowe lodówki istnieją w naturze.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST) informują o materiale, który może stać się „krzemem komputerów kwantowych”. Nowo odkryte właściwości ditellurku uranu (UTe2) wskazują, że może być on wyjątkowo odporny na jeden z największych problemów trapiących informatykę przyszłości, problem zachowania kwantowej koherencji. Stany kwantowe są niezwykle delikatne i ulegają zniszczeniu pod wpływem czynników zewnętrznych. Dotychczas nikomu nie udało się w sposób praktyczny do masowego zastosowania rozwiązać problemu istnienia kubitów (kwantowych bitów) na tyle długo, by można było przeprowadzić obliczenia zanim ich stany kwantowe ulegną zniszczeniu.
      Materiałem, który może pomóc w przezwyciężeniu tych problemów jest nadprzewodzący UTe2. Okazało się bowiem, że jest on niezwykle odporny na działanie zewnętrznego pola magnetycznego, co jest ewenementem wśród nadprzewodników. Nick Butch, fizyk z NIST mówi, że ta właściwość czyni go atrakcyjnym przedmiotem badań dla specjalistów rozwijających komputery kwantowe. To potencjalny krzem wieku informatyki kwantowej. Można by użyć ditellurku uranu do uzyskania kubitów w wydajnym komputerze kwantowym, stwierdza uczony.
      W zwykłych przewodnikach elektrony podróżują jako indywidualne cząstki. Jednak w nadprzewodnikach tworzą one pary Coopera, czyli oddziałujące ze sobą pary elektronów. Mają one połówkowe spiny skierowane w przeciwne strony i ich spin całkowity wynosi 0. To właśnie istnienie par Coopera zapewnia nadprzewodnictwo.
      Istnieje jednak niewielka liczba nadprzewodników, i UTe2 wydaje się do nich należeć, gdzie spin par Coopera może przyjmować nie jedną, a trzy różne konfiguracje, w tym i taką, gdzie spiny obu elektronów są równoległe, a spin całkowity przyjmuje wartość -1, 0 i +1. Wówczas mówimy o nadprzewodniku topologicznym. Wykazuje on dużą odporność na działania czynników zewnętrznych. Taki równoległy spin może podtrzymać działanie komputera. W tym przypadku nie dochodzi do spontanicznego zaniku stanu z powodu fluktuacji kwantowych, mówi Butch.
      Potrzebujemy topologicznych przewodników, gdyż mogą nam one zapewnić bezbłędnie działające kubity. Mogą mieć one bardzo długie czasy życie. Topologiczne nadprzewodniki to alternatywny sposób na zbudowanie komputera kwantowego, gdyż chronią one stany kwantowe przed wpływami zewnętrznymi, wyjaśnia Butch.
      Wraz ze swoim zespołem prowadził on badania nad magnesami bazującymi na uranie i zainteresował się bliżej ditellurkiem uranu.
      UTe2 został po raz pierwszy pozyskany w latach 70. XX wieku i nawet dość niedawne artykuły naukowe opisywały to jako nieciekawy materiał. My uzyskaliśmy go jako materiał uboczny podczas syntezy innego materiału. Postanowiliśmy go jednak zbadać, by sprawdzić, czy nie ma on jakichś właściwości, które inni przeoczyli. Szybko zdaliśmy sobie sprawę, że mamy w rękach coś specjalnego, mówi Butch.
      Szczegółowe badania wykazały, że UTe2 jest w bardzo niskich temperaturach nadprzewodnikiem, a jego właściwości nadprzewodzące przypominają te rzadkie nadprzewodniki, które są jednocześnie ferromagnetykami. Jednak UTe2 nie jest ferromagnetykiem. Już samo to czyni go wyjątkowym, stwierdza Butch. Okazało się też, że jest wyjątkowo odporny na zewnętrzne pole magnetyczne. Zwykle pole magnetyczne niszczy nadprzewodnictwo. Jednak okazało się, że UTe2 wykazuje właściwości nadprzewodzące w polu magnetycznym o natężeniu do 35 tesli. To wielokrotnie więcej niż wytrzymuje większość niskotemperaturowych nadprzewodników topologicznych.
      Mimo, że jeszcze nie zdobyto jednoznacznego dowodu, iż UTe2 jest nadprzewodnikiem topologicznym, Butch mówi, że jego niezwykła odporność na działanie pola magnetycznego wskazuje, że jest nadprzewodnikiem, w którym pary Coopera przyjmują różne wartości spinu.
      Zdaniem naukowców z NIST dalsze badania nad tym materiałem pozwolą nam lepiej zrozumieć jego właściwości oraz, być może, samo zjawisko nadprzewodnictwa. Może zrozumiemy, co stabilizuje tego typu nadprzewodniki. Głównym celem prac nad nadprzewodnikami jest bowiem zrozumienie tego zjawiska na tyle, byśmy wiedzieli, gdzie szukać materiałów nadprzewodzących. Teraz tego nie potrafimy. Nie wiemy, co jest ich główną cechą. Mamy nadzieję, że ten materiał nam to zdradzi, dodaje Butch.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Fizycy z Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii poinformowali o splątaniu 18 kubitów. To największa jak dotychczas liczba splątanych kubitów z zachowaniem kontroli nad pojedynczym kubitem. Jako, że każdy z kubitów może reprezentować 2 stany, możemy w tym przypadku uzyskać 262 144 kombinacje ich stanów (218).
      Artykuł opisujący osiągnięcie Xi-Lin Wanga i jego kolegów został opublikowany na łamach Physical Review Letters.
      W artykule informujemy o splątaniu 18 kubitów, co rozszerza efektywną przestrzeń Hilberta do 262 144 wymiarów z pełną kontrolą o trzech stopniach swobody dla sześciu fotonów, w tym z kontrolą ich polaryzacji, orbitalnego momentu pędu oraz drogi, stwierdził współautor badań Chao-Yang Lu. To największa jak dotąd liczba splątanych kubitów. Splątywanie coraz większej liczby kubitów interesuje nie tylko specjalistów zajmujących się badaniami podstawowymi. Stanowi to jedno z głównych wyzwań informatyki kwantowej.
      Istnieją dwa sposoby na splątanie większej liczby kubitów. Można albo dodawać kolejne cząstki do już splątanych, albo wykorzystywać dodatkowe stopnie swobody splątanych cząstek. Gdy korzystamy z dodatkowych stopni swobody mówimy o hipersplątaniu. Jak dotychczas największymi osiągnięciami na tym polu było splątanie 14 jonów z jednym stopniem swobody oraz pięciu fotonów z dwoma stopniami swobody, co odpowiada 10 kubitom. Mimo, że przejście od dwóch do trzech stopni swobody stanowi poważne wyzwanie, chińskim naukowcom udało się uzyskać nie tylko trzy stopnie swobody, ale i zwiększyć liczbę fotonów do sześciu, przez co uzyskali 18 splątanych kubitów.
      Użycie dodatkowych stopni swobody niesie ze sobą liczne korzyści. Na przykład zwiększenie z dwóch do trzech stopni swobody oznacza, że każdy foton może znajdować się nie w czterech, a w ośmiu różnych stanach. Ponadto hipersplątany 18-kkubitowy stan z trzema stopniami swobody jest o 13 rzędów wielkości bardziej efektywny niż  18-kubitowy stan składający się z 18 fotonów o pojedynczym stopniu swobody.
      Dzięki naszej pracy uzyskaliśmy nową platformę do optycznego przetwarzania informacji kwantowej. Możliwość kontrolowania 18 kubitów pozwala nam na przeprowadzenie niedostępnych dotychczas badań, takich jak na przykład wykorzystanie kodu Raussendorfa-Harringtona-Goyala do korekcji błędów czy teleportacji trzech stopni swobody pojedynczego fotonu, mówi Lu.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dyrektor CIA David Petraeus stwierdził, że powstający na naszych oczach Internet of Things będzie nieocenionym źródłem informacji dla agencji wywiadowczych. Komunikujące się z internetem samochody, lodówki czy telewizory ułatwią zdobycie wielu danych na temat osób, którymi interesuje się np. CIA.
      Co prawda agencja ma bardzo ograniczoną możliwość działania na terenie USA, jednak np. kwestie zbierania danych o lokalizacji osób nie są ostatecznie rozstrzygnięte i istnieje tutaj spore pole do interpretacji.
      Coraz więcej urządzeń codziennego użytku będzie podłączonych do sieci i będą przekazywały o sobie informacje do zewnętrznych serwerów. Petraeus zauważa, że w takiej sytuacji trzeba będzie przedefiniować takie pojęcia jak „prywatność“ czy „sekret“. O ile podłączona do internetu lodówka może co najwyżej wysłać na zewnątrz informacje o tym, że ktoś z niej skorzystał, a zatem jest w domu, to już telefon lub konsola do gier mogą służyć do bardzo szerokiej inwigilacji. Z kolei zawartość domowego serwera multimediów zdradzi nasze zainteresowania.
      Agendy rządowe będą zatem mogły z olbrzymią łatwością zbierać informacje o naszych zwyczajach, rozkładzie dnia czy preferencjach dotyczących muzyki, filmu i literatury.
      Petraeus zwrócił też uwagę, że CIA będzie musiała nauczyć się tworzenia cyfrowej tożsamości dla swoich oficerów operacyjnych oraz jej błyskawicznego usuwania z sieci w razie potrzeby.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Podczas odbywającego się właśnie dorocznego spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego specjaliści z IBM-a poinformowali o dokonaniu trzech przełomowych kroków, dzięki którym zbudowanie komputera kwantowego stanie się możliwe jeszcze za naszego życia.
      Jednym z najważniejszych wyzwań stojących przed ekspertami zajmującymi się kwantowymi komputerami jest dekoherencja. To wywołana oddziaływaniem czynników zewnętrznych utrata właściwości kwantowych przez kubity - kwantowe bity. Koherencja wprowadza błędy do obliczeń kwantowych. Jednak jeśli udałoby się utrzymać kwantowe bity przez wystarczająco długi czas można by przeprowadzić korektę błędów.
      Eksperci z IBM-a eksperymentowali ostatnio z „trójwymiarowymi“ nadprzewodzącymi kubitami, które zostały opracowane na Yale University. Ich prace pozwoliły na dokonanie przełomu. Udało się im utrzymać stan kwantowy kubitu przez 100 mikrosekund. To 2 do 4 razy więcej niż poprzednie rekordy. A co najważniejsze, to na tyle długo by przeprowadzić korekcję błędów na kubitach 3D.
      Drugi z przełomowych kroków to powstrzymanie dekoherencji zwykłego „dwuwymiarowego“ kubitu przez 10 mikrosekund. W przypadku takich kubitów wystarczy to do przeprowadzenia korekcji błędów.
      Utrzymanie przez tak długi czas kubitu pozwoliło na dokonanie trzeciego z przełomów. Udało się bowiem przeprowadzić na dwóch kubitach operację CNOT (controlled-NOT) z dokładnością 95-98 procent. To niezwykle ważne osiągnięcie, gdyż bramka CNOT w połączeniu z prostszymi bramkami kubitowymi może być skonfigurowana do przeprowadzenia dowolnej operacji logicznej.
      Od połowy 2009 roku IBM udoskonalił wiele technik związanych z komputerami kwantowymi. Najprzeróżniejsze aspekty związane z takimi maszynami udoskonalono od 100 do 1000 razy. W sumie wszystkie te techniki są bardzo bliskie spełnienia minimalnych wymagań stawianych przed praktycznym komputerem kwantowym.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na University of California, Santa Barbara, powstał pierwszy komputer kwantowy, w którym połączono procesor z pamięcią. Odtworzono zatem, tym razem jednak w maszynie kwantowej, architekturę von Neumanna. Był to pierwszy rodzaj architektury komputera (jego autorami, obok von Neumanna byli John Mauchly i John Eckert). Jej najważniejszą cechą było przechowywanie danych wraz z instrukcjami. Zanim powstała architektura von Neumanna przeprogramowywanie komputerów mogło się odbywać jedynie poprzez ich fizyczną rekonfigurację.
      Pojawienie się pierwszego w pełni funkcjonalnego komputera kwantowego jest wciąż bardzo odległe w czasie, jednak połączenie procesora i pamięci to ważny krok w stworzeniu kwantowej maszyny. Dzięki temu programowanie i kontrolowanie komputera staje się znacznie prostsze.
      Obecnie jedynym dostępnym komercyjnie urządzeniem, które do obliczeń wykorzystuje zjawiska kwantowe, jest komputer firmy D-Wave. Jego architektura przypomina jednak rozwiązania sprzed epoki pojawienia się architektury von Neumanna. Jedyny egzemplarz komputera D-Wave kupił ponoć Lockheed Martin.
      Każdy obecnie używany komputer bazuje na architekturze von Neumanna, a my stworzyliśmy jej kwantowy odpowiednik - mówi Matteo Mariantoni, główny autor badań.
      Komputer z Uniwersytetu Kalifornijskiego korzysta z obwodów elektrycznych, które są schładzane do temperatury bliskiej zeru absolutnemu. Wówczas działają jak nadprzewodniki i zachodzą w nich zjawiska kwantowe. Mariantoni mówi, że wykorzystano układy, które mogą być tworzone za pomocy współczesnych technik używanych w przemyśle półprzewodnikowym, a dzięki nadprzewodzącym obwodom możliwe było umieszczenie procesora i pamięci na jednym układzie i uzyskanie architektury von Neumanna.
      Wspomniany komputer to maszyna wykorzystująca dwa kubity (kwantowe bity), które komunikują się za pomocą kwantowej szyny. Każdy z kubitów jest też połączony z układem pamięci, w którym może zapisać swój obecny stan w celu jego późniejszego wykorzystania. Pamięć działa zatem tak, jak układ RAM w tradycyjnym komputerze. Kubity łączą się z pamięcią za pośrednictwem obwodów zwanych rezonatorami, które przez krótki czas mogą przechowywać stan kubitu.
      W kwantowej architekturze von Neumanna uruchomiliśmy kwantową transformację Fouriera oraz trzykubitową bramkę Toffoliego - kluczowe kwantowe obwody logiczne, które posłużą nam do dalszych prac nad kwantowym komptuerem - mówi Mariantoni.
×
×
  • Create New...