Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Uczeni z Uniwersytetu w Innsbrucku stworzyli największy na świecie rejestr kwantowy. Udało im się splątać aż 14 kubitów (kwantowych bitów). Dotychczasowy rekord w liczbie splątanych kwantowych bitów należał do profesora Rainera Blatta z tej samej uczelni. W roku 2005 splątał on 8 bitów, tworząc kwantowy bajt. Teraz jego koledzy, pracujący pod kierunkiem Thomasa Monza splątali 14 atomów wapnia umieszczonych w pułapce, a potem manipulowali nimi za pomocą światła lasera. Każdy z atomów reprezentował jeden kubit, zatem powstał 14-kubitowy rejestr.

Austriaccy uczeni mają jednak znacznie większe ambicje. Nauczyli się już, w jaki sposób uwięzić w jonowej pułapce 64 cząstki. Na razie nie potrafimy ich ze sobą splątać. Jednak nasze najnowsze osiągnięcie pozwala nam lepiej zrozumieć zachowanie licznych splątanych cząstek - mówi Monz.

Warto tutaj przypomnieć, że niedawno Rainer Blatt i jego koledzy zaprezentowali kwantowe anteny, czyli urządzenia pozwalające na wymianę informacji pomiędzy kwantowymi rejestrami umieszczonymi na tym samym układzie scalonym. Wszystkie te odkrycia to ważne kroki na drodze do skonstruowania praktycznych kwantowych urządzeń przetwarzających informacje - mówi Blatt.

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

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Fizycy z Harvard-MIT Center for Ultracold Atoms stworzyli specjalny typ komputera kwantowego, zwany programowalnym symulatorem kwantowym, który operuje na 256 kubitach. To niezwykle ważny krok w kierunku maszyn kwantowych działających na duża skalę. Wchodzimy na teren, którego dotychczas nikt nie badał, mówi profesor Mikhail Lukin, jeden z głównych autorów badań. To zupełnie nowa część kwantowego świata.
      Połączenie bezprecedensowej liczby kubitów oraz możliwości ich programowania jest tym, co stawia nowy system na czele kwantowego wyścigu i pozwoli badać niedostępne dotychczas zagadnienia z dziedziny informatyki kwantowej. Trzeba bowiem pamiętać, że w odpowiednich warunkach dokładanie kolejnych kubitów do kwantowego systemu pozwala na wykładniczy wzrost ilości przechowywanej i przetwarzanej informacji. Liczba stanów kwantowych, jakie możemy zapisać w zaledwie 256 kubitach jest większa, niż liczba atomów w Układzie Słonecznym, wyjaśnia Sepher Ebadi, student Graduate School of Arts and Sciences i główny autor badań.
      Już teraz symulator pozwolił na przeprowadzenie obserwacji wielu egzotycznych stanów kwantowych, których nigdy wcześniej nie uzyskano. Naukowcy wykorzystali go też do badania kwantowego przejścia fazowego z niezwykle duża dokładnością, dzięki czemu poznali kolejne szczegóły działania magnetyzmu na poziomie kwantowym. Tego typu eksperymenty pozwalają zarówno udoskonalać komputery kwantowe, jak i opracowywać nowe materiały o egzotycznych właściwościach.
      Twórcy maszyny zbudowali ją w oparciu o opracowaną przez siebie platformę, która w 2017 roku osiągnęła wielkość 51 kubitów. System ten składał się z ultrazimnych atomów rubidu uwięzionych w pułapce i ułożonych w jednowymiarową matrycę za pomocą szczypiec optycznych, na które składały się promienie lasera. W nowym systemie ułożono dwuwymiarową matrycę atomów, dzięki czemu możliwe stało się zwiększenie liczby kubitów z 51 do 256. Za pomocą szczypiec optycznych naukowcy mogą układać atomy we wzory i tworzyć programowalne kształty, np. kwadraty, plastry miodu itp, uzyskując różne interakcje pomiędzy kubitami.
      Głównym elementem całości jest urządzenie zwane przestrzennym modulatorem światła, które jest wykorzystywane do nadawania kształtu optycznej powierzchni falowej, dzięki czemu uzyskujemy setki indywidualnych szczypiec optycznych. To takie samo urządzenie, jak te używane w projektorach wyświetlających obrazy na ekranie, jednak my zaadaptowaliśmy je na potrzeby naszego symulatora kwantowego, wyjaśnia Ebadi.
      Początkowe ułożenie atomów w szczypcach optycznych jest przypadkowe. Naukowcy używają więc drugiej pary szczypiec do przeciągnięcia atomów na zaplanowane pozycje. Dzięki laserom mają całkowitą kontrolę nad pozycją kubitów i mogą nimi manipulować.
      Obecnie trwają prace nad udoskonaleniem systemu poprzez poprawę kontroli nad kubitami i uczynienie go łatwiejszym w programowaniu. Naukowcy szukają też nowych zastosowań dla swojego systemu, od badania egzotycznych stanów materii kwantowej po rozwiązywanie rzeczywistych problemów, z którymi na co dzień się spotykamy.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Daliście się nabrać na przypadkowe przełączenie i uruchomienie Zooma na maszynie kwantowej? :)
      Międzynarodowy zespół naukowy wykorzystał Sycamore, kwantowy komputer Google'a, do obsługi oprogramowania wideokonferencyjnego Zoom. Eksperci mają nadzieję, że dzięki współpracy z komputerem kwantowym – który wykazał swoją przewagę w niektórych zadaniach nad komputerami klasycznymi – możliwe będzie umieszczenie uczestników rozmowy w więcej niż jednym wirtualnym pokoju.
      Autorzy badań nad „kwantową przewagą Zooma” twierdzą, że do jej zauważenia doszło przypadkiem. Miało to miejsce, gdyż Benedetta Brassard, fizyk kwantowa z University of Waterloo, przypadkowo połączyła Zooma z Sycamore podczas online'owego spotkania. Brassard pracuje w ramach International Fault Tolerant Benchmarking Team (FiT/BiT). Brałam udział w online'owym spotkaniu FiT/Bit i postanowiłam na chwilę przełączyć się na panel Sycamore'a, by sprawdzić, jak idą moje kwantowe obliczenia. W tym momencie Brassard otrzymała mema dotyczącego algorytmu Shora. Mem ją rozproszył i w jakiś sposób uczona podłączyła swojego Zooma do komputera kwantowego.
      Jedni koledzy zaczęli mnie informować, że wyłączyłam dźwięk, podczas gdy inni mnie słyszeli. Zauważyłam, że coś jest nie tak, gdy na ekranie zaczęły pojawiać mi się liczne wersje Zooma, stwierdza uczona. Jej zdaniem Sycamore zastosował znaną z mechaniki kwantowej teorię wielu światów.
      Jedynym sposobem na powrót sesji Zooma do świata klasycznego było wykonywanie pomiarów, czyli w tym przypadku zwracanie uwagi na to, co mówią inni, wspomina Brassard. Na szczęście uczona wiedziała, jak to zrobić. Niedawno bowiem prowadziła doktoranta, który w ramach swoich zainteresowań implementował Instagrama na komputer kwantowy D-Wave 2000Q. Naszym zadaniem było określenie optymalnej pory dnia, w której influencerzy powinni wstawiać na Instagrama poty związane z domowymi zwierzętami. Odkryliśmy, że jest to problem NP. Brassard wiedziała więc, jak przełączyć aplikację ze stanu kwantowego w klasyczny.
      Cała sytuacja została opisana na łamach Quantum Advances in Computing and Correlation. Autorzy badań rozpoczęli prace nad stworzeniem mechanizmu, który pozwoliłby użytkownikom Zooma na jednoczesne istnienie w wielu wirtualnych pokojach.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Ostatnie działania gigantów IT, takich jak Google, oraz koncernów farmaceutycznych sugerują, że pierwszym naprawdę przydatnym zastosowaniem komputerów kwantowych mogą stać się obliczenia związane z pracami nad nowymi lekami. Komputery kwantowe będą – przynajmniej teoretycznie – dysponowały mocą nieosiągalną dla komputerów klasycznych. Wynika to wprost z zasady ich działania.
      Najmniejszą jednostką informacji jest bit. Reprezentowany jest on przez „0” lub „1”. Jeśli wyobrazimy sobie zestaw trzech bitów, z których w każdym możemy zapisać wartość „0” lub „1” to możemy w ten sposób stworzyć 8 różnych kombinacji zer i jedynek (23). Jednak w komputerze klasycznym w danym momencie możemy zapisać tylko jedną z tych kombinacji i tylko na jednej wykonamy obliczenia.
      Jednak w komputerze kwantowym mamy nie bity, a bity kwantowe, kubity. A z praw mechaniki kwantowej wiemy, że kubit nie ma jednej ustalonej wartości. Może więc przyjmować jednocześnie obie wartości: „0” i „1”. To tzw. superpozycja. A to oznacza, że w trzech kubitach możemy w danym momencie zapisać wszystkie możliwe kombinacje zer i jedynek i wykonać na nich obliczenia. Z tego zaś wynika, że trzybitowy komputer kwantowy jest – przynajmniej w teorii – ośmiokrotnie szybszy niż trzybitowy komputer klasyczny. Jako, że obecnie w komputerach wykorzystujemy procesory 64-bitowe, łatwo obliczyć, że 64-bitowy komputer kwantowy byłby... 18 trylionów (264) razy szybszy od komputera klasycznego.
      Pozostaje tylko pytanie, po co komu tak olbrzymie moce obliczeniowe? Okazuje się, że bardzo przydałyby się one firmom farmaceutycznym. I firmy te najwyraźniej dobrze o tym wiedzą. Świadczą o tym ich ostatnie działania.
      W styczniu największa prywatna firma farmaceutyczna Boehringer Ingelheim ogłosiła, że rozpoczęła współpracę z Google'em nad wykorzystaniem komputerów kwantowych w pracach badawczo-rozwojowych. W tym samym miesiącu firma Roche, największy koncern farmaceutyczny na świecie, poinformował, że od pewnego czasu współpracuje już z Cambridge Quantum Computing nad opracowaniem kwantowych algorytmów służących wstępnym badaniom nad lekami.
      Obecnie do tego typu badań wykorzystuje się konwencjonalne wysoko wydajne systemy komputerowe (HPC), takie jak superkomputery. Górną granicą możliwości współczesnych HPC  są precyzyjne obliczenia dotyczące molekuł o złożoności podobne do złożoności molekuły kofeiny, mówi Chad Edwards, dyrektor w Cambridge Quantum Computing. Molekuła kofeiny składa się z 24 atomów. W farmacji mamy do czynienia ze znacznie większymi molekułami, proteinami składającymi się z tysięcy atomów. Jeśli chcemy zrozumieć, jak funkcjonują systemy działające według zasad mechaniki kwantowej, a tak właśnie działa chemia, to potrzebujemy maszyn, które w pracy wykorzystują mechanikę kwantową, dodaje Edwards.
      Cambridge Quantum Computing nie zajmuje się tworzeniem komputerów kwantowych. Pracuje nad kwantowymi algorytmami. Jesteśmy łącznikiem pomiędzy takimi korporacjami jak Roche, które chcą wykorzystywać komputery kwantowe, ale nie wiedzą, jak dopasować je do swoich potrzeb, oraz firmami jak IBM, Honeywell, Microsoft czy Google, które nie do końca wiedzą, jak zaimplementować komputery kwantowe do potrzeb różnych firm. Współpracujemy z 5 z 10 największych firm farmaceutycznych, wyjaśnia Edwards.
      Bardzo ważnym obszarem prac Cambridge Quantum Computing jest chemia kwantowa. Specjaliści pomagają rozwiązać takie problemy jak znalezieniem molekuł, które najmocniej będą wiązały się z danymi białkami, określenie struktury krystalicznej różnych molekuł, obliczanie stanów, jakie mogą przyjmować różne molekuły w zależności od energii, jaką mają do dyspozycji, sposobu ewolucji molekuł, ich reakcji na światło czy też metod metabolizowania różnych związków przez organizmy żywe.
      Na razie dysponujemy jednak bardzo prymitywnymi komputerami kwantowymi. Są one w stanie przeprowadzać obliczenia dla molekuł składających się z 5–10 atomów, tymczasem minimum, czego potrzebują firmy farmaceutyczne to praca z molekułami, w skład których wchodzi 30–40 atomów. Dlatego też obecnie przeprowadzane są obliczenia dla fragmentów molekuł, a następnie stosuje się specjalne metody obliczeniowe, by stwierdzić, jak te fragmenty będą zachowywały się razem.
      Edwards mówi, że w przyszłości komputery kwantowe będą szybsze od konwencjonalnych, jednak tym, co jest najważniejsze, jest dokładność. Maszyny kwantowe będą dokonywały znacznie bardziej dokładnych obliczeń.
      O tym, jak wielkie nadzieje pokładane są w komputerach kwantowych może świadczyć fakt, że główne koncerny farmaceutyczne powołały do życia konsorcjum o nazwie QuPharm, którego zadaniem jest przyspieszenie rozwoju informatyki kwantowej na potrzeby produkcji leków. QuPharm współpracuje z Quantum Economic Development Consortium (QED-C), powołanym po to, by pomóc w rozwoju komercyjnych aplikacji z dziedziny informatyki kwantowej na potrzeby nauk ścisłych i inżynierii. Współpracuje też z Pistoia Alliance, którego celem jest przyspieszenie innowacyjności w naukach biologicznych.
      Widzimy zainteresowanie długoterminowymi badaniami nad informatyką kwantową. Firmy te przeznaczają znaczące środki rozwój obliczeń kwantowych, zwykle zapewniają finansowanie w dwu-, trzyletniej perspektywie. To znacznie bardziej zaawansowane działania niż dotychczasowe planowanie i studia koncepcyjne. Wtedy sprawdzali, czy informatyka kwantowa może się do czegoś przydać, teraz rozpoczęli długofalowe inwestycje. To jest właśnie to, czego ta technologia potrzebuje, dodaje Edwards.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Niemieccy naukowcy z Instytutu Optyki Kwantowej im. Maxa Plancka przeprowadzili operację na bramce logicznej, w której wzięły udział dwa kubity znajdujące się w dwóch różnych laboratoriach. Ich osiągnięcie to bardzo ważny krok w kierunku kwantowego przetwarzania rozproszonego. Może to pozwolić na zbudowanie modułowych systemów obliczeniowych, składających się z urządzeń stojących w różnych miejscach, ale działających jak jeden wielki komputer.
      Dodanie kolejnego kubitu do kwantowego komputera nie jest łatwym zadaniem. Kubity muszą być w stanie przeprowadzać operacje logiczne, a jednocześnie muszą być odizolowane od wpływów zewnętrznych (szumu), które mogą zniszczyć ich stan kwantowy.
      Bardzo istotnym źródłem szumu w systemach kwantowych jest interferencja pomiędzy samymi kubitami. Jeśli np. mamy system składający się z 4 kubitów, a chcemy przeprowadzić obliczenia z udziałem tylko 2 z nich, to wciąż istnienie ryzyko interakcji pomiędzy kubitami, które nie biorą udziału w obliczeniach. Im więcej zaś kubitów w systemie, tym większy problem szumu.
      Jednym ze sposobów poradzenia sobie z tym problemem jest rozproszenie kubitów pomiędzy różne urządzenia. To jednak wymaga zintegrowania operacji logicznych prowadzonych za pomocą tych urządzeń. Jeśli po prostu wykonamy obliczenia na jednym takim module i prześlemy wyniki do opracowania do innego modułu, to wciąż nie zwiększamy dostępnej mocy obliczeniowej, mówi Severin Daiss z Instytutu Optyki Kwantowej.
      Dlatego też dużym zainteresowaniem naukowców cieszy się koncepcja teleportacji za pomocą bramek kwantowych. To pomysł zgodnie z którym dane wyjściowe na kwantowej bramce logicznej są zależne od danych wejściowych na bramce, znajdującej się gdzieś indziej.
      Daiss i jego koledzy pracujący pod kierunkiem profesora Gerharda Rempe zaprezentowali znacząco uproszczoną technikę, która bazuje na interakcji fotonu z modułami w dwóch różnych laboratoriach. W każdym z tych laboratoriów naukowcy stworzyli wnękę optyczną zawierającą atom rubidu. Urządzenia zostały połączone światłowodem o długości 60 metrów. W celu ustanowienia bramki logicznej naukowcy wysłali foton, działający jak „latający kubit”, między obiema wnętami. Wędrował on pomiędzy nimi, dzięki czemu uzyskano splątanie jego polaryzacji ze stanem energetycznym atomów rubidu. Powstała w ten sposób bramka CNOT, której stan można odczytać mierząc stan fotonu.
      Ronald Hanson z Uniwersytetu Technologicznego w Delft uważa, że prace Niemców to ważny krok naprzód. Spowodowali, że foton odbił się od jednej strony, przemieścił w drugą i dokonał pomiaru. Od strony koncepcyjnej jest to niezwkle proste, a oni wykazali że to działa. Myślę, że to prawdziwa nowość na tym polu.
      Szczegóły eksperymentu opisano na łamach Science.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Grafenowe bolometry mogą całkowicie zmienić zasady gry na polu komputerów kwantowych, stwierdzają na łamach Nature fińscy naukowcy z Uniwersytetu Aalto i VTT Technical Research Centre of Finland. Stworzyli oni nowy detektor mierzący energię z niedostępnymi wcześniej dokładnością i szybkością. To może pomóc w rozwoju komputerów kwantowych i upowszechnieniu się tych maszyn poza laboratoria.
      Bolometr to urządzenie, które określa ilość promieniowania mierząc, jak bardzo zostało przez to promieniowanie ogrzane. Głównym autorem nowego niezwykle precyzyjnego bolometru jest profesor Mikko Möttönen, który pracował nad nim przez ostatnią dekadę.
      Współczesne komputery kwantowe działają dzięki pomiarom energii kubitów. Większość z nich mierzy napięcie elektryczne indukowane przez kubit. Dokonywanie takich pomiarów jest jest związane z występowaniem trzech problemów. Po pierwsze pomiary takie wymagają rozbudowanych obwodów wzmacniających napięcie, co może ograniczać możliwości skalowania systemów kwantowych. Po drugie obwody takie zużywają sporo energii. W końcu po trzecie, pomiary napięcia wprowadzają szum kwantowy, który z kolei generuje błędy w odczytach kubitów. Specjaliści zajmujący się komputerami kwantowymi od dawna mają nadzieję, że wszystkie trzy problemy można będzie rozwiązać dzięki bolometrom. A profesor Möttönen stworzył właśnie bolometr, który jest wystarczająco czuły i szybki, by sprostać takim zadaniom.
      Bolometry wchodzą do technologii kwantowych i być może ich pierwszym zadaniem będzie odczyt informacji z kubitów. Czułość i dokładność bolometrów właśnie osiągnęła poziom wymagany w takich zadaniach, mówi Möttönen.
      Przed rokiem zespół profesora Möttönena stworzył ze stopu złota i palladu bolometr, którego pomiary charakteryzował niezwykle niski poziom szumu. Jednak urządzenie pracowało zbyt wolno jak na potrzeby komputerów kwantowych. Najnowszy bolometr, którego osiągi pozwalają na zastosowanie go w komputerach kwantowych, został zbudowany z grafenu.
      Grafen charakteryzuje się bardzo niską pojemnością cieplną, co oznacza, że pozwala on na szybkie wykrywanie niewielkich zmian w poziomie energii. Dzięki temu nadaje się do pomiarów w systemach kwantowych. Grafenowy bolometr dokonuje pomiaru w czasie znacznie krótszym niż mikrosekunda, a więc szybkością pracy dorównuje obecnie używanym systemom pomiarowym. Jest jednak pozbawiony ich wad.
      Zmiana stopu złota i palladu na grafen spowodowała 100-krotne przyspieszenie pracy detektora przy zachowaniu niskiego poziomu szumów. Uważamy, że możemy jeszcze bardziej udoskonalić nasze urządzenie, mówi profesor Pertti Hakonen z Aalto.
      To bardzo ważne, gdyż pokazuje, że skoro bolometry dorównują systemom opartym na pomiarach napięcia prądu, to w przyszłości będą od nich bardziej wydaje. Możliwości obecnej technologii są ograniczone przez zasadę nieoznaczoności Heisenberga. Wynika z niej, że – przynajmniej teoretycznie – możliwe jest stworzenie bolometru p pozbawionego szumu kwantowego. Teoria nie pozwala zaś na stworzenie systemu pomiaru napięcia bez szumu kwantowego. Zatem wyższa teoretyczna dokładność, niższe zapotrzebowanie na energię oraz znacznie mniejsze rozmiary czynią z grafenowych bolometrów niezwykle obiecującą technologię, która pozwoli na wprowadzenie komputerów kwantowych pod strzechy.
      Ze szczegółami badań Finów można zapoznać się na łamach Nature.
       


      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...