Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Komputery kwantowe o krok bliżej. Przełomowe pomiary dokładności kwantowej bramki logicznej
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
We Wrocławskim Centrum Sieciowo-Superkomputerowym Politechniki Wrocławskiej uruchomiono pierwszy w Polsce i Europie Środkowo-Wschodniej komputer kwantowy, który wykorzystuje kubity nadprzewodzące w niskiej temperaturze. Maszyna Odra 5 została zbudowana przez firmę IQM Quantum Computers. Posłuży do badań w dziedzinie informatyki, dzięki niej powstaną nowe specjalizacje, a docelowo program studiów w dziedzinie informatyki kwantowej.
Odra 5 korzysta z 5 kubitów. Waży 1,5 tony i ma 3 metry wysokości. Zwisający w sufitu metalowy walec otacza kriostat, który utrzymuje temperaturę roboczą procesora wynoszącą 10 milikelwinów (-273,14 stopnia Celsjusza).
Rektor Politechniki Wrocławskiej, profesor Arkadiusz Wójs przypomniał, że sam jest fizykiem kwantowym i zajmował się teoretycznymi obliczeniami na tym polu. Idea, żeby w ten sposób prowadzić obliczenia, nie jest taka stara, bo to lata 80. XX w., a teraz minęło kilka dekad i na Politechnice Wrocławskiej mamy pierwszy komputer kwantowy nie tylko w Polsce, ale też
w tej części Europy. Oby się po latach okazało, że to start nowej ery obliczeń kwantowych, stwierdził rektor podczas uroczystego uruchomienia Odry 5.
Uruchomienie komputera kwantowego to ważna chwila dla Wydziału Informatyki i Telekomunikacji Politechniki Wrocławskiej. Jego dziekan, profesor Andrzej Kucharski, zauważył, że maszyna otwiera nowe możliwości badawcze, a w przyszłości rozważamy również uruchomienie specjalnego kierunku poświęconego informatyce kwantowej. Powstało już nowe koło naukowe związane z kwestią obliczeń kwantowych, a jego utworzenie spotkało się z ogromnym zainteresowaniem ze strony studentów. Mamy niepowtarzalną okazję znalezienia się w awangardzie jeśli chodzi o badania i naukę w tym zakresie i mam nadzieję, że to wykorzystamy.
Odra 5 będzie współpracowała z czołowymi ośrodkami obliczeń kwantowych. Dzięki niej Politechnika Wrocławska zyskała też dostęp do 20- i ponad 50-kubitowych komputerów kwantowych stojących w centrum firmy IQM w Finlandii.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W ostatnim półwieczu producenci komputerów dokonali olbrzymich postępów pod względem miniaturyzacji i wydajności układów scalonych. Wciąż jednak bazują one na krzemie i w miarę zbliżania się do fizycznych granic wykorzystywania tego materiału, miniaturyzacja staje się coraz trudniejsza. Nad rozwiązaniem tego problemu pracują setki naukowców na całym świecie. Jest wśród nich profesor King Wang z University of Miami, który wraz z kolegami z kilku amerykańskich uczelni ogłosił powstanie obiecującej molekuły, która może stać się podstawą do budowy molekularnego komputera.
Na łamach Journal of American Chemical Society uczeni zaprezentowali najlepiej przewodzącą prąd cząsteczkę organiczną. Co więcej, składa się ona z węgla, siarki i azotu, a więc powszechnie dostępnych pierwiastków. Dotychczas żadna molekuła nie pozwala na tworzenie elektroniki bez olbrzymich strat. Tutaj mamy pierwszą molekułą, która przewodzi prąd na dystansie dziesiątków nanometrów bez żadnej straty energii, zapewnia Wang. Uczeni są pewni swego. Testy i sprawdzanie molekuły pod wszelkimi możliwymi kątami trwały przez ponad dwa lata.
Zdolność cząsteczek do przewodzenia elektronów wykładniczo zmniejsza się wraz ze wzrostem rozmiarów molekuły. Tym, co jest unikatowe w naszej molekule, jest fakt, że elektrony mogą przemieszczać się przez nie bez straty energii. Teoretycznie jest to wiec najlepszy materiał do przewodzenia elektronów. Pozwoli on nie tylko zmniejszyć rozmiary elektroniki w przyszłości, ale jego struktura umożliwi stworzenie komputerów funkcjonujących tak, jak nie jest to możliwe w przypadku materiałów opartych na krzemie, dodaje Wang.
Nowa molekuła może posłużyć do budowy molekularnych komputerów kwantowych. Niezwykle wysokie przewodnictwo naszej cząsteczki to rezultat intrygującej interakcji spinów elektronów na obu końcach molekuły. W przyszłości taki system molekularny może pełnić rolę kubitu, podstawowej jednostki obliczeniowej komputerów kwantowych, cieszy się uczony.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Badacze z QuTech (Uniwersytet Techniczny w Delft), we współpracy z Fujitsu i firmą Element Six, zaprezentowali działający zestaw bramek kwantowych, w których prawdopodobieństwo wystąpienia błędu wynosi poniżej 0,1%. Mimo, że całość wymaga jeszcze wiele pracy, tak niskie prawdopodobieństwo pojawienia się błędu jest jednym z podstawowych warunków prowadzenia w przyszłości powszechnych obliczeń kwantowych na dużą skalę.
Skomplikowane obliczenia kwantowe wykonywane są za pomocą dużego ciągu podstawowych operacji logicznych prowadzonych na bramkach. Wynik takich obliczeń będzie prawidłowy pod warunkiem, że na każdej z bramek pojawi się minimalna liczba błędów, z którymi będą mogły poradzić sobie algorytmy korekty błędów. Zwykle uznaje się, że błędy nie powinny pojawiać się w więcej niż 0,1% do 1% operacji. Tylko wówczas algorytmy korekty będą działały właściwie i otrzymamy prawidłowy wynik końcowy obliczeń.
Inżynierowie z QuTech i ich koledzy pracują z procesorami kwantowymi, które w roli kubitów wykorzystują spiny w diamentach. Kubity te składają się z elektronu i spinu powiązanego z defektami struktury krystalicznej diamentu. Defektem takim może być miejsce, w którym atom azotu zastąpił atom węgla w diamencie. Procesory takie działają w temperaturze do 10 K i są dobrze chronione przed zakłóceniami. Współpracują też z fotonami, co pozwala na stosowanie metod przetwarzania rozproszonego.
Podczas eksperymentów wykorzystano system dwóch kubitów, jednego ze spinu elektronu w centrum defektu sieci krystalicznej, drugiego ze spinu jądra atomu w centrum defektu. Każdy z rodzajów bramek w takim systemie działał z odsetkiem błędów poniżej 0,1%, a najlepsze bramki osiągały 0,001%
Żeby zbudować tak precyzyjne bramki, musieliśmy usunąć źródła błędów. Pierwszym krokiem było wykorzystanie ultraczystych diamentów, które charakteryzuje niska koncentracja izotopów C-13, będących źródłem zakłóceń, wyjaśnia główny autor badań, Hans Bartling. Równie ważnym elementem było takie zaprojektowanie bramek, by odróżniały kubity od siebie i od szumów tła. W końcu zaś, konieczne było precyzyjne opisanie bramek i zoptymalizowanie ich działania. Naukowcy wykorzystali metodę zwaną gate set tomography, która pozwala na dokładny opis bramek i operacji logicznych w procesorach kwantowych. Uzyskanie pełnej i precyzyjnej informacji o błędach na bramkach było niezwykle ważne dla procesu usuwania niedoskonałości i optymalizowania parametrów bramek, dodaje Iwo Yun.
To jednak dopiero jeden, chociaż niezmiernie ważny, krok w kierunku wiarygodnego uniwersalnego komputera kwantowego. Nasz eksperyment został przeprowadzony na dwukubitowym systemie i wykorzystaliśmy konkretny rodzaj defektów sieci krystalicznej. Największym wyzwaniem jest utrzymanie i poprawienie jakości bramek w momencie, gdy trafią one do układów scalonych ze zintegrowaną optyką oraz elektroniką i będą pracowały ze znacznie większą liczbą kubitów, wyjaśnia Tim Taminiau, który nadzorował prace badawcze.
Bramki zostały szczegółowo opisane na łamach Physical Review Applied.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Eksperci z Quantum Internet Alliance (QIA) ogłosili powstanie pierwszego systemu operacyjnego dla sieci kwantowych – QNodeOS. To olbrzymi krok naprzód w kierunku uczynienia z sieci kwantowych praktycznej technologii. W skład QIA wchodzą naukowcy z Uniwersytetu Technologicznego w Delft, Uniwersytetu w Innsbrucku, Instytutu badań nad kwantowym przetwarzaniem i kwantowym internetem (QuTech), Francuskiego Narodowego Instytutu Badawczego Nauk Komputerowych i Automatyzacji (INRIA) oraz Francuskiego Narodowego Centrum Badań Naukowych (CNRS).
Naszym celem jest zapewnienie wszystkim dostępu do kwantowej technologii sieciowej. Dzięki QNodeOS robimy wielki krok naprzód. Dzięki temu po raz pierwszy stało się możliwe łatwe programowanie i wykonywanie aplikacji działających w sieciach kwantowych, mówi profesor Stephanie Wehner, która stała na czele grupy badawczej. Nasze prace otwierają też całkowicie nowe pola w badaniach nad komputerami kwantowymi, dodaje.
Tym, co pozwoliło na rozpowszechnienie się klasycznych komputerów była możliwość łatwego tworzenia oprogramowania. I właśnie to umożliwia QNodeOS. System jest podobny do oprogramowania, która mamy w domu. Dzięki niemu nie musimy wiedzieć, jak działa sprzęt, by go używać, dodaje Mariagrazia Iuliano, doktorantka w QuTech.
QNodeOS pozwala na programowanie aplikacji wysokiego poziomu, podobnie jak programowane są obecnie aplikacje dla Windows czy Androida. W przeciwieństwie do dotychczasowych systemów dla komputerów kwantowych, programista nie musi brać pod uwagę specyfiki sprzętowej czy konfiguracji maszyny, na której ma działać jego program. Uruchamiając swój system na dwóch różnych procesorach badacze wykazali, że QNodeOS może współdziałać z różnymi typami sprzętu. Procesor bazujący na uwięzionych jonach działa zupełnie inaczej od procesorów wykorzystujących centra barwne (defekty krystaliczne) w diamentach. Mimo to wykazaliśmy, że nasz system pracuje na obu tych typach procesorów, cieszy się profesor Tracy Northup z Uniwersytetu w Innsbrucku.
Teraz twórcy nowego systemu pracują nad zapewnieniem wszystkim chętnym dostępu do odpowiedniego oprogramowania i sprzętu. Naukowcy chcą, między innymi, udostępnić QNodeOS na Quantum Network Explorer, pokazowej sieci kwantowej stworzonej prze QuTech. Dzięki temu chętni będą mogli eksperymentować z nowym systemem i tworzyć nań oprogramowanie.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Oksfordzkiego wykonali ważny krok w kierunku praktycznego wykorzystania komputerów kwantowych. Jako pierwsi zaprezentowali kwantowe przetwarzanie rozproszone. Wykorzystali przy tym fotoniczny interfejs, za pomocą którego połączyli dwa procesory kwantowe w jeden w pełni działający komputer. Swoje osiągnięcie opisali na łamach Nature.
W ten sposób zapoczątkowali rozwiązanie problemu skalowalności maszyn kwantowych. Dzięki temu można, przynajmniej teoretycznie, połączyć olbrzymią liczbę niewielkich urządzeń kwantowych, które działałyby jak jeden procesor operujący na milionach kubitów. Zaproponowana na Oksfordzie architektura składa się z niewielkich węzłów, z których każdy zawiera małą liczbę kubitów, na które składają się jony uwięzione w pułapkach. Połączone za pomocą światłowodów węzły można ze sobą splątać, co pozwala na przeprowadzanie obliczeń kwantowych, podczas których wykorzystuje się kwantową teleportację.
Oczywiście już wcześniej różne zespoły naukowe potrafiły dokonać kwantowej teleportacji stanów. Wyjątkowym osiągnięciem uczonych z Oksfordu jest teleportacja bramek logicznych. Zdaniem badaczy, kładzie to podwaliny pod „kwantowy internet” przyszłości, w którym odległe procesory utworzą bezpieczną sieć komunikacyjną i obliczeniową.
Autorzy dotychczasowych badań nad kwantową teleportacją skupiali się na teleportacji stanów kwantowych pomiędzy fizycznie oddalonymi systemami. My użyliśmy kwantowej teleportacji do przeprowadzenia interakcji pomiędzy takimi systemami. Precyzyjnie dostrajając takie interakcje możemy przeprowadzać operacje na bramkach logicznych pomiędzy kubitami znajdującymi się w oddalonych od siebie miejscach. To pozwala na połączenie różnych procesorów kwantowych w jeden komputer, mówi główny autor badań Dougal Main.
Wykorzystana koncepcja jest podobna do architektury superkomputerów, w których poszczególne węzły obliczeniowe – de facto osobne komputery – są połączone tak, że działają jak jedna wielka maszyna. W ten sposób naukowcy ominęli problem upakowania coraz większej liczby kubitów w jednym komputerze, zachowując jednocześnie podatne na zakłócenia stany kwantowe, niezbędne do przeprowadzania operacji obliczeniowych. Taka architektura jest też elastyczna. Pozwala na podłączania i odłączanie poszczególnych elementów, bez zaburzania całości.
Badacze przetestowali swój komputer za pomocą algorytmu Grovera. To kwantowy algorytm pozwalający na przeszukiwanie wielkich nieuporządkowanych zbiorów danych znacznie szybciej niż za pomocą klasycznych komputerów. Nasz eksperyment pokazuje, że obecna technologia pozwala na kwantowe przetwarzanie rozproszone. Skalowanie komputerów kwantowych to poważne wyzwanie technologiczne, które prawdopodobnie będzie wymagało nowych badań w dziedzinie fizyki i będzie wiązało się poważnymi pracami inżynieryjnymi w nadchodzących latach, dodaje profesor David Lucas z UK Quantum Computing and Simulation Lab.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.