Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

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

Share this post


Link to post
Share on other sites

Czy jedynie fotony mogą być użyte do komputerów kwantowych,czy inne cząstki elementarne to już nie,czy chodzi o to,że fotony najłatwiej zrobić lub tylko one się nadają,czy to odkrycie-18 splątanych fotonów ma jakieś znaczenie dla rozwoju nauki?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Nie odkrycie, tylko uzyskanie. Zbudowanie efektywnego komputera kwantowego to klucz do postępu w wielu dziedzinach wymagających masywnych obliczeń (astronomia, biologia itd)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.


  • 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. Stano 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
      Tibet AS-gamma Experiment zarejestrował najbardziej intensywne promieniowanie pochodzące ze źródła astrofizycznego. Energia fotonów pochodzących z Mgławicy Kraba wynosiła ponad 100 teraelektronowoltów (TEV), to około 10-krotnie więcej niże maksymalna energia uzyskiwana w Wielkim Zderzaczu Hadronów.
      Naukowcy spekulują, że źródłem tak intensywnego promieniowania jest pulsar ukryty głęboko we wnętrzu Mgławicy.
      Pojawienie się Mgławicy Kraba zostało zauważone na Ziemi w 1054 roku. Wydarzenie to odnotowały źródła historyczne. Jako, że Mgławica położona jest w odległości ponad 6500 lat świetlnych od Ziemi wiemy, że eksplozja, w wyniku której powstała, miała miejsce około 7500 lat temu.
      Nowa gwiazda została po raz pierwszy zaobserwowana 4 lipca 1054 roku. Jej pojawienie się odnotowały chińskie źródła. W ciągu kilku tygodni przygasła, a dwa lata po pojawieniu się zniknęła zupełnie. Obecnie wiemy, że jej pojawienie się odnotowano też w XIII-wiecznym japońskim dokumencie oraz w źródłach arabskich. Niewykluczone też, że jest wspominana w źródłach europejskich.
      Mgławica Kraba została po raz pierwszy odkryta w 1731 roku przez Johna Bevisa. Następnie obserwowali ją inni astronomowie. Nazwę nadal jej William Parsons w 1844 roku. W latach 20. XX wieku ostatecznie stwierdzono, że Mgławica Kraba to pozostałość supernowej z 1054 roku. Tym samym stała się ona pierwszym obiektem astronomicznym powiązanym z eksplozją supernowej.
      Mgławica Kraba emituje promieniowanie niemal w każdym zakresie fal. Wysyła zarówno niskoenergetyczne fale radiowe, wysokoenergetyczne promieniowanie gamma i rentgenowskie, emituje też światło widzialne. Jednak zarejestrowanie ultraenergetycznego promieniowania to coś nowego.
      Wysokoenergetyczne fotony, takie jak promieniowanie gamma, z trudnością przedziera się przez ziemską atmosferę. Gdy promienie gamma trafią na atomy w atmosferze, powstaje cały deszcz innych cząstek. Jednak astronomowie nauczyli się rejestrować te cząstki. Najlepiej zrobić to za pomocą narzędzi o dużej powierzchni. Takich jak Tibet AS-gamma, który składa się z 597 detektorów rozrzuconych na przestrzeni niemal 66 000 metrów kwadratowych. A kilka metrów pod detektorami znajdują się 64 betonowe zbiorniki wypełnione wodą, która służy jako dodatkowy wykrywacz.
      Dzięki rozłożeniu detektorów na dużej powierzchni można śledzić kierunek i energię wysokoenergetycznych wydarzeń, a woda pozwala na rejestrowanie specyficznych sygnatur takich zjawisk. Dzięki temu specjaliści potrafią odróżnić promieniowanie gamma od promieniowania kosmicznego.
      Dane zebrane pomiędzy lutym 2014 roku a majem roku 2017 ujawniły istnienie 24 wydarzeń o energiach przekraczających 100 TeV pochodzących z Mgławicy Kraba. Niektóre z docierających do nas promieni miały energię dochodzącą do 450 TeV.
      Obecnie nie jest jasne, w jaki sposób powstają fotony o tak wysokich energiach, ani czy istnieje jakaś granica intensywności promieniowania. Specjaliści pracujący przy Tibet AS-gamma wyznaczyli sobie ambitny cel – zarejestrowanie fotonów o energiach liczonych w petaelektronowoltach, czyli przekraczających 1000 TeV. Biorąc pod uwagę, że analizy takich zjawisk trwają całymi latami, nie można wykluczyć, iż tego typu fotony już zostały przez Tibet AS-gamma zarejestrowane. Teraz wystarczy je tylko zidentyfikować w danych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Grupa fizyków z australijskiego Uniwersytetu Nowej Południowej Walii (University of New South Wales, UNSW) opracowała najszybszą bramkę kwantową w historii. Na czele zespołu stoi profesor Michelle Simmons, znana z ważnych osiągnięć na polu informatyki kwantowej.
      Australijczycy zbudowali dwukubitową bramkę kwantową na krzemie, która przeprowadziła operację logiczną w czasie 0,8 nanosekundy. To 200-krotnie szybciej niż inne istniejące bazujące na spinie bramki dwukubitowe.
      Zespół profesor Simmons bazował na swoich wcześniejszych przełomowych pracach, kiedy to dzięki niezwykłej precyzji pomiarów jako pierwsi wykazali, że dwa kubity wchodzą w interakcje. Zespół profesor Simmons jest jedynym na świecie, który potrafi dokładnie określić pozycję kubitów w ciele stałym.
      Australijczycy zbudowali bramkę umieszczając dwa atomy bliżej siebie niż kiedykolwiek wcześniej, a nastepnie, w czasie rzeczywistym, w sposób kontrolowany obserwując i mierząc ich spiny. Ich unikatowe podejście polega na umieszczaniu kubitów oraz całej elektroniki potrzebnej do inicjalizacji, kontroli i pomiarów ich stanów z taką precyzją, jaka do niedawna wydawała się niemożliwa. Teraz naukowcy pracują nad przełożeniem swojej technologii na praktyczne skalowalne zastosowania, które pozwolą na seryjną budowę procesorów.
      Rekord najdłuższej koherencji na krzemie należy do atomowych kubitów. Dzięki wykorzystaniu naszej unikatowej technologii byliśmy w stanie z wysokim stopniem dokładności odczytać i inicjalizować pojedyncze spiny elektronów w atomowych kubitach na krzemie. Wykazaliśmy tez, że nasz system charakteryzuje się najniższym szumem elektronicznym spośród wszystkich systemów wykorzystujących kubity na półprzewodniku. Teraz zoptymalizowaliśmy wszystkie elementy naszej technologii, dzięki czemu uzyskaliśmy naprawdę szybko, dokładną dwukubitową bramkę, która jest podstawowym budulcem krzemowego komputera kwantowego. Wykazaliśmy, że możliwa jest kontrola w skali atomowej i daje to olbrzymie korzyści, w tym niezwykłą prędkość działania naszego systemu, cieszy się profesor Simmons.
      Dziekan Wydziału Nauk Ścisłych, profesor Emma Johnston dodaje: To jeden z ostatnich kamieni milowych, jakie zespół Michelle musiał osiągnąć, by wybudować komputer kwantowy na krzemie. Ich kolejnym celem jest stworzenie 10-kubitowego obwodu scalonego. Mamy nadzieję, że osiągną to w ciągu 3–4 lat.
      Zespół Simmons najpierw wykorzystał skaningowy mikroskop tunelowy do określenia optymalnej odległości pomiędzy dwoma kubitami. Opracowana przez nas technologia produkcji pozwoliła na umieszczenie kubitów dokładnie tam, gdzie chcieliśmy. Dzięki temu kubitowa bramka była tak szybka, jak to tylko możliwe, mówi współautor badań Sam Gorman. Nie tylko umieściliśmy kubity bliżej niż podczas naszych poprzednich przełomowych badań, ale nauczyliśmy się kontrolować z precyzją subnanometrową wszystkie aspekty naszej architektury.
      Następnie naukowcy byli w stanie w czasie rzeczywistym mierzyć stany kubitów oraz – co chyba najważniejsze – kontrolowali siłę interakcji pomiędzy dwoma elektronami w przedziałach czasowych sięgających nanosekund. Mogliśmy oddalać i przybliżać do siebie elektrony i w ten sposób włączać i wyłączać interakcje pomiędzy nimi, dodaje inny uczestnik badań, Yu He. Zaprezentowana przez nas bramka kwantowa, zwaną bramką SWAP, jest idealnie przystosowana do wymiany informacji kwantowej pomiędzy kubitami, a po połączeniu z bramką z pojedynczego kubity pozwala na wykonanie dowolnego algorytmu kwantowego.
      Najnowsze osiągnięcie to ukoronowanie 20 lat pracy. To olbrzymi postęp. Możemy kontrolować naturę na najniższym poziomie, możemy więc tworzyć interakcje pomiędzy dwoma atomami, a także wchodzić w interakcje z jednym z nich, nie zaburzając stanu drugiego. To coś niewiarygodnego. Wiele osób sądziło, że jest to niemożliwe. Tym, co zachęcało nas do pracy było przypuszczenie, że jeśli uda się nam kontrolować zjawiska w tej skali, to będą one przebiegały niezwykle szybko. I tak rzeczywiście jest, ekscytuje się Simmons.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Eksperyment przeprowadzony na Heriot-Watt University w Edynburgu dowodzi, że obiektywna rzeczywistość nie istnieje. Zespół naukowy prowadzony przez Massimiliano Poiettiego jako pierwszy w historii przeprowadził eksperyment zwany Przyjacielem Wignera.
      Ten eksperyment myślowy został zaproponowany w 1961 roku przez Eugene'a Wignera. Naukowcy przez kilkadziesiąt lat nie byli w stanie go przeprowadzić, jednak w ubiegłym roku uczeni z Edynburga stwierdzili, że ostatnie postępy w technologiach kwantowych są tak duże, że można pokusić się o próbę eksperymentalnego zweryfikowania Przyjaciela Wignera.
      Eksperyment Wignera jest bardzo prosty w założeniach. Rozpoczynamy od pojedynczego fotonu, który, po dokonaniu pomiaru, będzie miał polaryzację poziomą lub pionową. Jednak przed pomiarem, zgodnie z zasadami mechaniki kwantowej, foton istnieje w superpozycji, czyli ma jednocześnie oba rodzaje polaryzacji. Wigner zaproponował istnienie przyjaciela, który w laboratorium dokonuje pomiaru fotonu i zachowuje informację o jego polaryzacji. Wigner obserwuje wszystko z daleka. Jako, że nie ma informacji o wynikach pomiaru, musi założyć, że wynik pomiaru to superpozycja wszystkich możliwych wyników. Z punktu widzenia Wignera, superpozycja istnieje. A jeśli tak, to pomiar nie miał miejsca. Jednak dla jego przyjaciela foton ma jedną konkretną polaryzację. Może on nawet poinformować Wignera, że dokonał pomiaru. O ile jednak nie poinformuje o jego wyniku, dla Wignera foton będzie w superpozycji.
      Mamy więc tutaj do czynienia z dwiema różnymi rzeczywistościami. To zaś poddaje w wątpliwość obiektywizm faktów z punktu widzenia różnych obserwatorów, mówi Proietti.
      W ubiegłym roku Caslav Brukner z Uniwersytetu w Wiedniu wpadł na pomysł, w jaki sposób można by przeprowadzić eksperyment Przyjaciela Wignera, używając wtym celu wielu splątanych cząstek. Przełomowy eksperyment został wykonany przez Proiettiego i jego zespół. Podczas wysoce zaawansowanego eksperymentu, w którym wykorzystaliśmy 6 fotonów, zrealizowaliśmy scenariusz Przyjaciela Wignera, mówi Proietti.
      Naukowcy wykorzystali 6 splątanych fotonów do stworzenia dwóch odmiennych rzeczywistości. Jedna reprezentowała Wingera, druga jego przyjaciela. Przyjaciel mierzy polaryzację fotonu i zapisuje wynik. Później Wigner dokonuje pomiaru, by stwierdzić, czy wcześniejszy pomiar i foton są w superpozycji.
      Eksperyment nie dał jednoznacznych wyników. Okazało się, że obie rzeczywistości, ta przyjaciela i ta Wignera mogą istnieć jednocześnie, mimo że dają sprzeczne wyniki.
      Przeprowadzony w Edynburgu eksperyment każe zadać pytania o naturę rzeczywistości. Pomysł, że obserwatorzy mogą pogodzić uzyskane przez siebie wyniki opiera się na kilku założeniach. Przede wszystkim na tym, że rzeczywistość obiektywna istnieje i obserwatorzy mogą się co do niej zgodzić. Jednak istnieją też inne założenia. Na przykład takiego, że obserwatorzy mogą dokonywać dowolnych obserwacji, czy też, że wybory jednego obserwatora nie wpływają na wybory drugiego. Jeśli istnieje obiektywna rzeczywistość, to wszystkie te założenia można utrzymać.
      Jednak eksperyment Proiettiego poddaje w wątpliwość istnienie obiektywnej rzeczywistości. Oznacza to, że przynajmniej jedno z założeń – że istnieje rzeczywistość, co do której możemy się umówić, że mamy wolny wybór lub też, że wybory jednego obserwatora nie wpływają na wybory drugiego – jest nieprawdziwe.
      Oczywiście możemy też założyć, że w samym eksperymencie istnieje jakaś dziura, coś czego naukowcy nie zauważyli, a co wpływa na jego wynik. Fizycy od lat próbują odnaleźć i zamknąć takie dziury w podobnych eksperymentach, ale przyznają, że być może nigdy nie będzie możliwe, by je wszystkie usunąć.
      Tak czy inaczej badania Proiettiego mają duże znaczenie dla nauki. Metoda naukowa bazuje na faktach ustalanych przez powtarzalne eksperymenty, których wyniki zostały szeroko zaakceptowane, niezależnie od obserwatora, mówi Proietti. Jednak jego własny eksperyment wykazał, że różni obserwatorzy mogą doświadczać różnej rzeczywistości.
      Kolejnym logicznym etapem badań wydaje się projektowanie takich eksperymentów, które będą dawały coraz bardziej dziwne i coraz bardziej rozłączne wyniki dla różnych obserwatorów.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...