Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Dzięki dziurom powstaną stabilne kubity, a może nawet minikomputery kwantowe

Recommended Posts

Rozwiązaniem problemu pomiędzy szybkością działania komputerów kwantowych a koherencją kubitów może być zastosowanie dziur, twierdzą australijscy naukowcy. To zaś może prowadzić do powstania kubitów nadających się do zastosowania w minikomputerach kwantowych.

Jedną z metod stworzenia kubitu – kwantowego bitu – jest wykorzystanie spinu elektronu. Aby uczynić komputer kwantowy tak szybkim, jak to tylko możliwe, chcielibyśmy mieć możliwość manipulowania spinami wyłącznie za pomocą pola elektrycznego, dostarczanego za pomocą standardowych elektrod.

Zwykle spiny nie reagują na pole elektryczne, jednak z niektórych materiałach spiny wchodzi w niebezpośrednie interakcje z polem elektrycznym. Mamy tutaj do czynienia z tzw. sprzężeniem spinowo-orbitalnym. Eksperci zajmujący się tym tematem obawiają się jednak, że gdy taka interakcja jest zbyt silna, wszelkie korzyści z tego zjawiska zostaną utracone, gdyż dojdzie do dekoherencji i utraty kwantowej informacji.

Jeśli elektrony zaczynają wchodzić w interakcje z polami kwantowymi, które im aplikujemy w laboratorium, są też wystawione na niepożądane zmienne pola elektryczne, które istnieją w każdym materiale. Potocznie nazywamy to „szumem”. Ten szum może zniszczyć delikatną informację kwantową, mówi główny autor badań, profesor Dimi Culcer z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii.

Nasze badania pokazują jednak, że takie obawy są nieuzasadnione. Nasze teoretyczne badania wykazały, że problem można rozwiązać wykorzystując dziury – które można opisać jako brak elektronu – zachowujące się jak elektrony z ładunkiem dodatnim, wyjaśnia uczony.

Dzięki wykorzystaniu dziur kwantowy bit może być odporny na fluktuacje pochodzące z tła. Co więcej, okazało się, że punkt, w którym kubit jest najmniej wrażliwy na taki szum, jest jednocześnie punktem, w którym działa on najszybciej. Z naszych badań wynika, że w każdym kwantowym bicie utworzonym z dziur istnieje taki punkt. Stanowi to podstawę do przeprowadzenia odpowiednich eksperymentów laboratoryjnych, dodaje profesor Culcer.

Jeśli w laboratorium uda się osiągnąć te punkty, będzie można rozpocząć eksperymenty z utrzymywaniem kubitów najdłużej jak to możliwe. Będzie to też stanowiło punkt wyjścia do skalowania kubitów tak, by można było je stosować w minikomputerach.

Wiele wskazuje na to, że takie eksperymenty mogą zakończyć się powodzeniem. Profesor Joe Salfi z University of British Columbia przypomina bowiem: Nasze niedawne eksperymenty z kubitami utworzonymi z dziur wykazały, że w ich wypadku czas koherencji jest dłuższy, niż się spodziewaliśmy. Teraz widzimy, że nasze obserwacje mają solidne podstawy teoretyczne. To bardzo dobry prognostyk na przyszłość.

Praca Australijczyków została opublikowana na łamach npj Quantum Information.


« powrót do artykułu

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 ze szwedzkiego Uniwersytetu Technologicznego Chalmersa poinformowali, że są jednym z pierwszych, którym udało się stworzyć materiał zdolny do przechowywania fermionów Majorany. Fermiony Majorany mogą być stabilnymi elementami komputera kwantowego. Problem z nimi jest taki, że pojawiają się w bardzo specyficznych okolicznościach.
      Na całym świecie trwają prace nad komputerami kwantowymi. Jednym z najpoważniejszych wciąż nierozwiązanych problemów jest niezwykła delikatność stanów kwantowych, które łatwo ulegają dekoherencji, tracąc superpozycję, czyli zdolność do jednoczesnego przyjmowania wielu wartości.
      Jednym z pomysłów na komputer kwantowy jest wykorzystanie do jego budowy fermionów Majorany. Para takich fermionów, umieszczonych w odległych częściach materiału, powinna być odporna na dekoherencję.
      Problem jednak w tym, że w ciałach stałych fermiony Majorany pojawiają się wyłącznie w nadprzewodnikach topologicznych. To nowy typ materiału, który bardzo rzadko jest spotykany w praktyce. Wyniki naszych eksperymentów zgadzają się z teoretycznymi przewidywaniami dotyczącymi topologicznego nadprzewodnictwa, cieszy się profesor Floriana Lombardi z Laboratorium Fizyki Urządzeń Kwantowych na Chalmers.
      Naukowcy rozpoczęli pracę od topologicznego izolatora z tellurku bizmutu (Bi2Te3). Izolatory topologiczne przewodzą prąd wyłącznie na powierzchni. Wewnątrz są izolatorami. Uczeni z Chalmers pokryli swój izolator warstwą aluminium, które w bardzo niskiej temperaturze jest nadprzewodnikiem. W takich warunkach do izolatora topologicznego przeniknęła nadprzewodząca para elektronów, przez co topologiczny izolator wykazywał właściwości nadprzewodzące, wyjaśnia profesor Thilo Bauch.
      Jednak wstępne pomiary wykazywały, że uczeni mają do czynienia ze standardowym nadprzewodnictwem w Bi2Te3. Gdy jednak naukowcy ponownie schłodzili swój materiał, by dokonać kolejnych pomiarów, sytuacja uległa nagłej zmianie. Charakterystyki nadprzewodzących par elektronów różniły się od siebie w zależności o kierunku. Takie zachowanie nie jest zgodne ze standardowym nadprzewodnictwem. Zaczęły zachodzić niespodziewane, ekscytujące zjawiska, mówi Lombardi.
      Istotnym elementem tego, co się wydarzyło był fakt, że zespół Lombardi – w przeciwieństwie do wielu innych grup, które prowadziły podobne eksperymenty – użył platyny do połączenia izolatora topologicznego z aluminium. Wielokrotne chłodzenie doprowadziło do wzrostu napięć w platynie, przez co doszło do zmian właściwości nadprzewodnictwa. Analizy wykazały, że w ten sposób najprawdopodobniej uzyskano topologiczny nadprzewodnik.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Rząd Niemiec zapowiedział, że przeznaczy 3 miliardy euro na zbudowanie do roku 2026 uniwersalnego komputera kwantowego. To część nowej strategii, w ramach której Niemcy chcą na polu informatyki kwantowej dorównać światowej czołówce – USA i Chinom – oraz stać się na tym polu liderem wśród krajów Unii Europejskiej. To kluczowe dla niemieckiej suwerenności technologicznej, stwierdziła Bettina Sark-Watzinger, minister ds. edukacji i badań.
      Ze wspomnianej kwoty 2,2 miliarda trafi do różnych ministerstw, które będą zajmowały się promocją i znalezieniem zastosowań dla komputerów kwantowych. Największa pulę, bo 1,37 miliarda otrzyma ministerstwo ds. edukacji i badań. Pozostałe 800 milionów euro otrzymają duże państwowe instytuty badawcze.
      Rząd w Berlinie zakłada, że kwota ta pozwoli na zbudowanie do roku 2026 komputera kwantowego o pojemności co najmniej 100 kubitów, którego możliwości w niedługim czasie zostaną p powiększone do 500 kubitów. Tutaj warto przypomnieć, że w ubiegłym roku IBM zaprezentował 433-kubitowy komputer kwantowy.
      W Unii Europejskiej nie powstały tak gigantyczne firmy IT jak Google czy IBM, które same są w stanie wydatkować miliardy dolarów na prace nad komputerami kwantowymi. Dlatego też przeznaczone nań będą pieniądze rządowe. Frank Wilhelm-Mauch, koordynator europejskiego projektu komputera kwantowego OpenSuperQPlus mówi, że i w USA finansowanie prac nad maszynami kwantowymi nie jest transparentne, bo wiele się dzieje w instytucjach wojskowych, a z Chin w ogóle brak jakichkolwiek wiarygodnych danych.
      Komputery kwantowe wciąż jeszcze nie są gotowe do większości praktycznych zastosowań, jednak związane z nimi nadzieje są olbrzymie. Mogą one zrewolucjonizować wiele dziedzin życia. Mają przeprowadzać w ciągu sekund obliczenia, które komputerom klasycznym zajmują lata. A to oznacza, że możliwe będzie przeprowadzanie obliczeń, których teraz się w ogóle nie wykonuje, gdyż nie można ich skończyć w rozsądnym czasie. Maszyny kwantowe mogą przynieść rewolucję na tak różnych polach jak opracowywanie nowych leków czy logistyka.
      Wiele niemieckich przedsiębiorstw działa już aktywnie na polu informatyki kwantowe. Na przykład firm Bosch, dostawca podzespołów dla przemysłu motoryzacyjnego, we współpracy z IBM-em wykorzystuje symulacje na komputerach kwantowych do zbadania czym można zastąpić metale ziem rzadkich w silnikach elektrycznych. Z kolei producent laserów Trumpf pracuje nad kwantowymi chipami i czujnikami, a działający na rynku półprzewodników Infineon rozwija układy scalone korzystające z szyfrowania kwantowego. Niemiecka Agencja Kosmiczna wystrzeliła zaś pierwsze satelity testujące systemy dystrybucji kwantowych kluczy szyfrujących.
      Bettina Stark-Watzinger chce, by do roku 2026 w Niemczech z komputerów kwantowych korzystało co najmniej 60 podmiotów.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Komputery kwantowe mogą bazować na różnych rodzajach kubitów (bitów kwantowych). Jednym z nich są kubity z fotonów, które o palmę pierwszeństwa konkurują z innymi rozwiązaniami. Mają one sporo zalet, na przykład nie muszą być schładzane do temperatur kriogenicznych i są mniej podatne na zakłócenia zewnętrzne niż np. kubity bazujące na nadprzewodnictwie i uwięzionych jonach. Pary splątanych fotonów mogą stanowić podstawę informatyki kwantowej. Jednak uzyskanie splatanych fotonów wymaga zastosowania nieporęcznych laserów i długotrwałych procedur ich dostrajania. Niemiecko-holenderska grupa ekspertów poinformowała właśnie o stworzeniu pierwszego w historii źródła splątanych fotonów na chipie.
      Dokonany przez nas przełom pozwolił na zmniejszenie źródła ponad 1000-krotnie, dzięki czemu uzyskaliśmy powtarzalność, długoterminową stabilność, skalowalność oraz potencjalną możliwość masowej produkcji. To warunki, które muszą być spełnione, by zastosować tego typu rozwiązanie w realnym świecie kwantowych procesorów, mówi profesor Michael Kues, dyrektor Instytutu Fotoniki na Leibniz Universität Hannover. Dotychczas źródła światła dla komputerów kwantowych wymagały zastosowania zewnętrznych, nieporęcznych systemów laserowych, których użyteczność była ograniczona. Poradziliśmy sobie z tymi problemami tworząc nową architekturę i różne systemy integracji podzespołów na układzie scalonym, dodaje doktorant Hatam Mahmudlu z grupy Kuesa.
      Naukowcy mówią, że ich układ scalony jest równie łatwy w użyciu, jak każdy innych chip. Żeby rozpocząć generowanie splątanych fotonów wystarczy układ zamontować i włączyć. Jak każdy inny układ scalony. Jego obsługa nie wymaga żadnego specjalnego doświadczenia. Zdaniem twórców układu, w przyszłości takie źródło może znaleźć się w każdym kwantowym procesorze optycznym.
      Dotychczas eksperci mieli olbrzymie problemy w zintegrowaniu na jednym chipie laserów, filtra i wnęki, gdyż nie istnieje żaden pojedynczy materiał, z którego można by stworzyć wszystkie te urządzenia. Rozwiązaniem okazało się podejście hybrydowe. Naukowcy na jednym chipie umieścili laser z fosforku indu, wnękę oraz filtr z azotku krzemu. W polu lasera, w wyniku spontanicznego nieliniowego procesu, dochodzi do powstania dwóch splątanych fotonów. Uzyskaliśmy wydajność i jakość wymaganą do zastosowania naszego chipa w kwantowych komputerach czy kwantowym internecie, zapewnia Kues. Nasze źródło światła wkrótce stanie się podstawowym elementem programowalnych fotonicznych procesorów kwantowych, uważa uczony. Szczegóły badań zostały opublikowane w Nature Photonics.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej i Uniwersytetu w Würzburgu pochwalili się na łamach Nature Communications dokonaniem przełomu na polu badań kwantowych. Po raz pierwszy w historii udało się uzyskać ekscytony w izolatorze topologicznym. W skład zespołu naukowego weszli Marcin Syperek, Paweł Holewa, Paweł Wyborski i Łukasz Dusanowski z PWr., a obok naukowców z Würzburga wspomagali ich uczeni z Uniwersytetu w Bolonii i Oldenburgu.
      Izolatory topologiczne to jednorodne materiały, które są izolatorami, ale mogą przewodzić ładunki elektryczne na swojej powierzchni, a wystąpienie przewodnictwa nie jest związane ze zmianą fazy materiału, np. z jego utlenianiem się. Pojawienie się przewodnictwa związane jest ze zjawiskami kwantowymi występującymi na powierzchni takich izolatorów. Istnienie izolatorów topologicznych zostało teoretycznie przewidziane w 1985 roku, a eksperymentalnie dowiedzione w 2007 roku właśnie na Uniwersytecie w Würzburgu.
      Dotychczasowe prace nad wykorzystaniem izolatorów topologicznych koncentrowały się wokół prób kontroli przepływu ładunków elektrycznych za pomocą napięcia. Jeśli jednak izolator był wykonany z cząstek obojętnych elektrycznie, takie podejście nie działało. Naukowcy musieli więc wymyślić coś innego. W tym wypadku tym czymś okazało się światło.
      Po raz pierwszy udało się wygenerować kwazicząstki – tak zwane ekscytony – w izolatorze topologicznym i eksperymentalnie udowodnić ich istnienie. W ten sposób uzyskaliśmy nowe narzędzie, za pomocą którego możemy – metodami optycznymi – kontrolować elektrony. Otworzyliśmy nowy kierunek badań nad izolatorami topologicznymi, mówi profesor Ralph Claessen.
      Ekscyton to kwazicząstka, która stanowi parę elektron-dziura połączoną siłami elektrostatycznymi. Uzyskaliśmy ekscytony oddziałując krótkimi impulsami światła na jednoatomową warstwę materiału, mówi profesor Claessen. Przełomowy tutaj jest fakt, że materiałem tym był izolator topologiczny. Dotychczas nie udawało się w nim uzyskać ekscytonów. W tym przypadku izolator zbudowany był z bizmutu, którego atomy ułożono w strukturę plastra miodu.
      Całość badań optycznych przeprowadzono w Laboratorium Optycznej Spektroskopii Nanostruktur Politechniki Wrocławskiej.
      Osiągnięcie to jest o tyle istotne, że od około 10 lat specjaliści badają ekscytony w dwuwymiarowych półprzewodnikach, chcąc wykorzystać je w roli nośników informacji kontrolowanych światłem. Teraz za pomocą światła uzyskaliśmy ekscytony w izolatorze topologicznym. Reakcje zachodzące pomiędzy światłem a ekscytonami mogą prowadzić do pojawienia się nowych zjawisk w takich materiałach. To zaś można będzie wykorzystać, na przykład, do uzyskiwania kubitów, wyjaśnia Claessen. Kubity, czyli kwantowe bity, to podstawowe jednostki informacji w komputerach kwantowych. Badania polsko-niemieckiego zespołu mogą więc doprowadzić do powstania nowych kontrolowanych światłem podzespołów dla komputerów kwantowych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Aalto University, IQM Quantum Computers oraz VTT Technical Research Centre of Finland odkryli nowy nadprzewodzący kubit. Unimon bo o nim mowa, zwiększy dokładność obliczeń dokonywanych za pomocą komputerów kwantowych. Pierwsze bramki logiczne wykorzystujące unimony pracują z dokładnością 99,9%.
      Nieliczne współczesne komputery kwantowe wciąż nie są wystarczająco wydajne i nie dostarczają wystarczająco dokładnych danych, by można było je zaprzęgnąć do obliczeń rozwiązujących praktyczne problemy. Są najczęściej urządzeniami badawczo-rozwojowymi, służącymi pracom nad kolejnymi generacjami komputerów kwantowych. Wciąż zmagamy się z licznymi błędami powstającymi w 1- i 2-kubitowych bramkach logicznych chociażby wskutek zakłóceń z otoczenia. Błędy te są na tyle poważne, że uniemożliwiają prowadzenie praktycznych obliczeń.
      Naszym celem jest zbudowanie kwantowych komputerów, które nadawałyby się do rozwiązywania rzeczywistych problemów. To odkrycie jest ważnym kamieniem milowym dla IQM oraz znaczącym osiągnięciem na drodze ku zbudowaniu lepszych komputerów kwantowych, powiedział główny autor badań, profesor Mikko Möttönen z Aalto University i VTT, który jest współzałożycielem i głównym naukowcem IQM Quantum Computers.
      Unimony charakteryzują się zwiększoną anharmonicznością, pełną odpornością na szumy wywoływane prądem stałym, zmniejszoną wrażliwością na zakłócenia magnetyczne oraz uproszczoną budową, która wykorzystuje pojedyncze złącze Josephsona w rezonatorze. Dzięki temu w jednokubitowej bramce o długości 13 nanosekund udało się uzyskać dokładność od 99,8 do 99,9 procent na trzech kubitach unimonowych. Dzięki wyższej anharmoniczności czyli nieliniowości niż w transmonach [to wcześniej opracowany rodzaj kubitów, który ma zredukowaną wrażliwość za zakłócenia ze strony ładunku elektrycznego – red.], możemy pracować z unimonami szybciej, co prowadzi do pojawiania się mniejszej liczby błędów na każdą operację, wyjaśnia doktorant Eric Hyyppä.
      Na potrzeby badań fińscy naukowcy skonstruowali układy scalone, z których każdy zawierał trzy kubity unimonowe. W układach użyto głównie niobu, z wyjątkiem złącz Josephsona, które zbudowano z aluminium. Unimony są bardzo proste, a mimo to mają liczne zalety w porównaniu z transmonami. Sam fakt, że już pierwsze uzyskane unimony działały tak dobrze, pozostawia dużo miejsca na ich optymalizację i osiągnięcie ważnych kamieni milowych. W następnym kroku badań chcemy zapewnić jeszcze lepszą ochronę przed szumem i zademonstrować bramki dwukubitowe, mówi profesor Möttönen.
      Więcej o unimonie można przeczytać na łamach Nature Communications.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...