Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Naukowcy z izraelskiego Instytutu Weizmanna udowodnili istnienie użytecznych quasi-cząsteczek. Te zadziwiające cząstki mogą w przyszłości przydać się m.in. do budowy komputerów kwantowych. Istnienie quasi-cząsteczek zostało przewidziane teoretycznie 20 lat temu. Miały one towarzyszyć kwantowemu efektowi Halla. Izraelczycy po raz pierwszy natknęli się na quasi-cząsteczki już przed 10 laty.

Quasi-cząsteczki to cząstki, które posiadają jedynie część ładunku elektronu. I to właśnie czyni je niezwykłymi, gdyż elektron jest niepodzielną cząstką. Okazuje się jednak, że jeśli ułożymy elektrony w dwuwymiarową strukturę wewnątrz półprzewodnika, schłodzimy do temperatury bliskiej zeru absolutnemu i poddamy działaniu pola magnetycznego prostopadłego do warstwy elektronów, to zaczną się one zachowywać jak quasi-cząsteczki o ładunkach mniejszych, niż ładunek elektronu. Dotychczas jednak udawało się uzyskać quasi-cząsteczki o ładunku, który miał nieparzysty mianownik. Ich ładunek był więc 1/3 czy 1/5 ładunku elektronu.

Merav Dolev, student profesora Moty Heibluma, wraz z doktorami Vladimirem Umanskym i Dianą Mahalu oraz profesorem Adym Sternem, znaleźli sposób na stworzenie quasi-cząsteczki o precyzyjnie ustalonym przez nich ładunku. Stanowi on 1/4 ładunku elektronu.
Naukowcy wykorzystali do produkcji półprzewodnika niezwykle czysty arsenek galu. Utworzyli następnie dwuwymiarową strukturę elektronów, umieszczając około 3 miliardów tych cząstek na powierzchni milimetra kwadratowego w taki sposób, by na każdą fluktuację pola magnetycznego przypadało po pięć elektronów.

Stworzona przez nich struktura ma kształt spłaszczonego szkiełka od zegarka, z lekkim zgrubieniem pośrodku, które umożliwia ruch ograniczonej liczby naładowanych cząstek. Fluktuacje spowodowane ruchem cząstek w tym zgrubieniu umożliwiły naukowcom precyzyjne zmierzenie ładunku cząstek.

Uczeni szukali quasi-cząstek o ładunku z parzystym mianownikiem, potrzebnym do stworzenia teoretycznego "topograficznego komputera kwantowego". Quasi-cząstki z mianownikiem nieparzystym, w przeciwieństwie do tych z parzystym, nie są bowiem dobrymi nośnikami informacji.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ciekawe czym zabezpieczą tak podatny komputer na zakłócenia magnetyczne

Share this post


Link to post
Share on other sites

Nie powiem, fajnie się to czyta... "jeśli ułożymy elektrony w dwuwymiarową strukturę", "umieszczając około 3 miliardów tych cząstek na powierzchni milimetra kwadratowego", "w taki sposób, by na każdą fluktuację pola magnetycznego przypadało po pięć elektronów"... Robi wrażenie ;)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ciekawe czym zabezpieczą tak podatny komputer na zakłócenia magnetyczne

 

Na początku to i tak bez znaczenia, bo nikt nie będzie chciał udostępnić takich komputerów publicznie. Taka moc obliczeniowa jest wstanie złamać każde zabepieczenie jakie stworzyliśmy do tej pory. Zatem wpierw umieszczą te komputery w specjalnych pomieszczeniach odizolowanych od otoczenia.

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
      Komputery kwantowe mogą zrewolucjonizować wiele dziedzin nauki oraz przemysłu, przez co wpłyną na nasze życie. Rodzi się jednak pytanie, jak duże muszą być, by rzeczywiście dokonać zapowiadanego przełomu. Innymi słowy, na ilu kubitach muszą operować, by ich moc obliczeniowa miała znaczący wpływ na rozwój nauki i technologii.
      Na pytanie to postanowili odpowiedzieć naukowcy z Wielkiej Brytanii i Holandii. Przyjrzeli się dwóm różnym typom problemów, jakie będą mogły rozwiązywać komputery kwantowe: złamaniu zabezpieczeń Bitcoina oraz symulowanie pracy kofaktora FeMo (FeMoco), który jest ważnym elementem białka wchodzącego w skład nitrogenazy, enzymu odpowiedzialnego za asymilację azotu.
      Z AVS Quantum Science dowiadujemy się, że naukowcy stworzyli specjalne narzędzie, za pomocą którego mogli określić wielkość komputera kwantowego oraz ilość czasu potrzebnego mu do rozwiązania tego typu problemów. Obecnie większość prac związanych z komputerami kwantowymi skupia się na konkretnych platformach sprzętowych czy podzespołach nadprzewodzących. Różne platformy sprzętowe znacząco się od siebie różnią chociażby pod względem takich kluczowych elementów, jak tempo pracy czy kontrola jakości kubitów, wyjaśnia Mark Webber z University of Sussex.
      Pobieranie azotu z powietrza i wytwarzanie amoniaku na potrzeby produkcji nawozów sztucznych to proces wymagający dużych ilości energii. Jego udoskonalenie wpłynęłoby zarówno na zwiększenie produkcji żywności, jak i zmniejszenie zużycia energii, co miałoby pozytywny wpływ na klimat. Jednak symulowanie odpowiednich molekuł, których opracowanie pozwoliłoby udoskonalić ten proces jest obecnie poza możliwościami najpotężniejszych superkomputerów.
      Większość komputerów kwantowych jest ograniczone faktem, że wykorzystywane w nich kubity mogą wchodzić w bezpośrednie interakcje tylko z kubitami sąsiadującymi. W innych architekturach, gdzie np. są wykorzystywane jony uwięzione w pułapkach, kubity nie znajdują się na z góry ustalonych pozycjach, mogą się przemieszczać i jeden kubit może bezpośrednio oddziaływać na wiele innych. Badaliśmy, jak najlepiej wykorzystać możliwość oddziaływania na odległe kubity po to, by móc rozwiązać problem obliczeniowy w krótszym czasie, wykorzystując przy tym mniej kubitów, wyjaśnia Webber.
      Obecnie największe komputery kwantowe korzystają z 50–100 kubitów, mówi Webber. Naukowcy oszacowali, że do złamania zabezpieczeń sieci Bitcoin w ciągu godziny potrzeba – w zależności od sprawności mechanizmu korekty błędów – od 30 do ponad 300 milionów kubitów. Mniej więcej godzina upływa pomiędzy rozgłoszeniem a integracją blockchaina. To czas, w którym jest on najbardziej podatny na ataki.
      To wskazuje, że Bitcoin jest obecnie odporna na ataki z wykorzystaniem komputerów kwantowych. Jednak uznaje się, że możliwe jest zbudowanie komputerów kwantowych takiej wielkości. Ponadto ich udoskonalenie może spowodować, że zmniejszą się wymagania, co do liczby kubitów potrzebnych do złamania zabezpieczeń Bitcoin.
      Webber zauważa, że postęp na polu komputerów kwantowych jest szybki. Przed czterema laty szacowaliśmy, że do złamania algorytmu RSA komputer kwantowy korzystający z jonów uwięzionych w w pułapce potrzebowałby miliarda fizycznych kubitów, a to oznaczało, że maszyna taka musiałaby zajmować powierzchnię 100 x 100 metrów. Obecnie, dzięki udoskonaleniu różnych aspektów tego typu komputerów, do złamania RSA wystarczyłaby maszyna o rozmiarach 2,5 x 2,5 metra.
      Z kolei do przeprowadzenia symulacji pracy FeMoco komputery kwantowe, w zależności od wykorzystanej architektury i metod korekcji błędów, potrzebowałyby od 7,5 do 600 milionów kubitów, by przeprowadzić taką symulację w ciągu około 10 dni.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Po raz pierwszy udało się zrekonstruować w laboratorium falową naturę elektronu, jego funkcję falową Blocha. Dokonali tego naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara (UCSB), a ich praca może znaleźć zastosowanie w projektowaniu kolejnych generacji urządzeń elektronicznych i optoelektronicznych.
      Elektrony zachowują się jednocześnie jak cząstki oraz jak fala. Ich falowa natura opisywane jest przez naukowców za pomocą obiektów matematycznych zwanych funkcjami falowymi. Funkcje te zawierają zarówno składowe rzeczywiste, jak i urojone. Z tego też powodu funkcji falowej Blocha elektronu nie można bezpośrednio zmierzyć. Można jednak obserwować powiązane z nią właściwości. Fizycy od dawna próbują zrozumieć, w jaki sposób falowa natura elektronów poruszających się przez sieć krystaliczną atomów, nadaje tej sieci właściwości elektroniczne i optyczne. Zrozumienie tego zjawiska pozwoli nam projektowanie urządzeń lepiej wykorzystujących falową naturę elektronu.
      Naukowcy z Santa Barbara wykorzystali silny laser na swobodnych elektronach, który posłuży im do uzyskanie oscylującego pola elektrycznego w półprzewodniku, arsenu galu. Jednocześnie za pomocą lasera podczerwonego o niskiej częstotliwości wzbudzali jego elektrony. Wzbudzone elektrony pozostawiały po sobie „dziury” o ładunku dodatnim. Jak wyjaśnia Mark Sherwin, w arsenku galu dziury te występują w dwóch odmianach – lekkiej i ciężkiej – i zachowują się jak cząstki o różnych masach.
      Para elektron-dziura tworzy kwazicząstkę zwaną ekscytonem. Fizycy z UCSB odkryli, że jeśli utworzy się elektrony i dziury w odpowiednim momencie oscylacji pola elektrycznego, to oba elementy składowe ekscytonów najpierw oddalają się od siebie, następnie zwalniają, zatrzymują się, zaczynają przyspieszać w swoim kierunku, dochodzi do ich zderzenia i rekombinacji. W czasie rekombinacji emitują impuls światła – zwany wstęgą boczną – o charakterystycznej energii. Emisja ta zawiera informacje o funkcji falowej elektronów, w tym o ich fazach.
      Jako, że światło i ciężkie dziury przyspieszają w różnym tempie w polu elektrycznym ich funkcje falowe Blocha mają różne fazy przed rekombinacją z elektronami. Dzięki tej różnicy fazy dochodzi do interferencji ich funkcji falowych i emisji, którą można mierzyć. Interferencja ta determinuje też polaryzację wstęgi bocznej. Może ona być kołowa lub eliptyczna.
      Autorzy eksperymentu zapewniają, że sam prosty stosunek pomiędzy interferencją a polaryzacją, który można zmierzyć, jest wystarczającym warunkiem łączącym teorię mechaniki kwantowej ze zjawiskami zachodzącymi w rzeczywistości. Ten jeden parametr w pełni opisuje funkcję falową Blocha dziury uzyskanej w arsenku galu. Uzyskujemy tę wartość mierząc polaryzację wstęgi bocznej, a następnie rekonstruując funkcję falową, która może się różnić w zależności od kąta propagacji dziury w krysztale, dodaje Seamus O'Hara.
      Do czego takie badania mogą się przydać? Dotychczas naukowcy musieli polegać na teoriach zawierających wiele słabo poznanych elementów. Skoro teraz możemy dokładnie zrekonstruować funkcję falową Blocha dla różnych materiałów, możemy to wykorzystać przy projektowaniu i budowie laserów, czujników i niektórych elementów komputerów kwantowych, wyjaśniają naukowcy.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Gdy denerwujemy się, że nasz domowy pecet uruchamia się za długo, pewnym pocieszeniem może być informacja, iż w porównaniu z eksperymentalnymi komputerami kwantowymi jest on demonem prędkości. Uczeni pracujący nad tego typu maszynami spędzają każdego dnia wiele godzin na ich odpowiedniej kalibracji.
      Komputery kwantowe, a raczej maszyny, które w przyszłości mają się nimi stać, są niezwykle czułe na wszelkie zewnętrzne zmiany. Wystarczy, że temperatura otoczenia nieco spadnie lub wzrośnie, że minimalnie zmieni się ciśnienie, a maszyna taka nie będzie prawidłowo pracowała. Obecnie fizycy kwantowi muszą każdego dnia sprawdzać, jak w porównaniu z dniem poprzednim zmieniły się warunki. Później dokonują pomiarów i ostrożnie kalibrują układ kwantowy - mówi profesor Frank Wilhelm-Mauch z Uniwersytetu Kraju Saary. Dopuszczalny margines błędu wynosi 0,1%, a do ustawienia jest około 50 różnych parametrów. Kalibracja takiej maszyny jest zatem niezwykle pracochłonnym przedsięwzięciem.
      Wilhelm-Mauch i jeden z jego doktorantów zaczęli zastanawiać się na uproszczeniem tego procesu. Stwierdzili, że niepotrzebnie skupiają się na badaniu zmian w środowisku. Istotny jest jedynie fakt, że proces kalibracji prowadzi do pożądanych wyników. Nie jest ważne, dlaczego tak się dzieje. Uczeni wykorzystali algorytm używany przez inżynierów zajmujących się mechaniką konstrukcji. Dzięki niemu możliwe było zmniejszenie odsetka błędów poniżej dopuszczalnego limitu 0,1% przy jednoczesnym skróceniu czasu kalibracji z 6 godzin do 5 minut. Niemieccy naukowcy nazwali swoją metodologię Ad-HOC (Adaptive Hybrid Optimal Control) i poprosili kolegów z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara o jej sprawdzenie. Testy wypadły pomyślnie.
      W przeciwieństwie do metod ręcznej kalibracji nasza metoda jest całkowicie zautomatyzowana. Naukowiec musi tylko wcisnąć przycisk jak w zwykłym komputerze. Później może pójść zrobić sobie kawę, a maszyna kwantowa sama się wystartuje - mówi Wilhelm-Mauch.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Współczesne komputery kwantowe to bardzo skomplikowane urządzenia, które trudno jest budować, skalować, a do pracy wymagają niezwykle niskich temperatur. Dlatego naukowcy od dłuższego czasu interesują się optycznymi komputerami kwantowymi. Fotony łatwo przenoszą informację, a fotoniczny komputer kwantowy mógłby pracować w temperaturze pokojowej. Problem jednak w tym, że o ile wiadomo, jak budować pojedyncze kwantowe bramki logiczne dla fotonów, to olbrzymim wyzwaniem jest stworzenie dużej liczby bramek i połączenie ich tak, by możliwe było przeprowadzanie złożonych obliczeń.
      Jednak optyczny komputer kwantowy może mieć prostszą architekturę, przekonują na łamach Optics naukowcy z Uniwersytetu Stanforda. Proponują oni wykorzystanie lasera do manipulowania pojedynczym atomem, który z kolei – za pomocą zjawiska teleportacji kwantowej – zmieni stan fotonu. Atom taki może być resetowany i wykorzystywany w wielu bramkach kwantowych, dzięki czemu nie ma potrzeby budowania różnych fizycznych bramek, co z kolei znakomicie uprości architekturę komputera kwantowego.
      Jeśli chciałbyś zbudować komputer kwantowy tego typu, musiałbyś stworzyć tysiące kwantowych źródeł emisji, spowodować, by były nie do odróżnienia od siebie i zintegrować je w wielki obwód fotoniczny. Tymczasem nasza architektura zakłada wykorzystanie niewielkiej liczby dość prostych podzespołów, a wielkość naszej maszyny nie rośnie wraz z wielkością programu kwantowego, który jest na niej uruchamiany, wyjaśnia doktorant Ben Bartlett, główny autor artykułu opisującego prace fizyków ze Stanforda.
      Nowatorska architektura składa się z dwóch głównych elementów. Pierścień przechowujący dane to po prostu pętla ze światłowodu, w której krążą fotony. Pełni on rolę układu pamięci, a każdy foton reprezentuje kubit. Badacze mogą manipulować fotonem kierując go z pierścienia do jednostki rozpraszania. Składa się ona z wnęki optycznej, w której znajduje się pojedynczy atom. Foton wchodzi w interakcję z atomem i dochodzi do ich splątania. Następnie foton wraca do pierścienia, a laser zmienia stan atomu. Jako, że jest on splątany z fotonem, zmiana stanu atomu skutkuje też zmianą stanu fotonu. Poprzez pomiar stanu atomu możesz badać stan fotonu. W ten sposób potrzebujemy tylko 1 atomowego kubitu, za pomocą którego manipulujemy wszystkimi fotonicznymi kubitami, dodaje Bartlett.
      Jako że każda kwantowa bramka logiczna może zostać skompilowana w szereg operacji przeprowadzonych na atomie, teoretycznie można by w ten sposób uruchomić dowolny program kwantowy dysponując jednym atomowym kubitem. Działanie takiego programu polegałoby na całym ciągu operacji, w wyniku których fotony wchodziłyby w interakcje z atomowym kubitem.
      W wielu fotonicznych komputerach kwantowych bramki są fizycznymi urządzeniami, przez które przechodzą fotony, zatem jeśli chcesz zmienić sposób działania swojego programu zwykle musisz zmienić konfigurację sprzętową komputera. W przypadku naszej architektury nie musisz zmieniać sprzętu. Wystarczy, że wyślesz do maszyny inny zestaw instrukcji, stwierdza Bartlett.

      « powrót do artykułu
    • 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
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...