Onlangs hebben wetenschappers in een onderzoek aan Princeton University het vermogen aangetoond om het gedrag van twee kwantumbits nauwkeurig te regelen, waardoor de deur werd geopend voor het maken van complexe en multi-qubit-apparaten, of je kunt kwantumcomputers zeggen.
laten zien
Deze nieuwe siliciumstructuur opent de poort naar kwantumcomputers
In een onderzoek aan de Princeton University hebben wetenschappers het vermogen aangetoond om het gedrag van twee kwantumbits nauwkeurig te controleren, waardoor de deur werd geopend voor het maken van complexe en multi-qubit-apparaten. Quantumcomputers zijn misschien “net om de hoek” voor meer actueel gebruik.
Deze ontwikkeling is een belangrijke stap in het maken van een kwantumcomputer met alledaagse materialen. Dit onderzoek werd geleid door onderzoekers van Princeton University die een belangrijk stuk siliciumhardware bouwden dat in staat is om het kwantumgedrag tussen twee elektronen met extreme nauwkeurigheid te regelen. De studie werd op 7 december gepubliceerd in het tijdschrift Science.
Aanmaakproces
Het team bouwde een poort die de interacties tussen elektronen regelt op een manier die hen in staat stelt te fungeren als de kwantumbits van informatie, of qubits, die nodig zijn voor kwantumcomputing. De demonstratie van deze foutpoort van bijna twee qubits is een belangrijke eerste stap in het bouwen van een complexer kwantumcomputerapparaat van silicium, hetzelfde materiaal dat wordt gebruikt in conventionele computers en smartphones.
“We wisten dat we dit experiment nodig hadden om te werken als de op silicium gebaseerde technologie een toekomst zou hebben in termen van het uitbreiden en bouwen van een kwantumcomputer. De creatie van deze high-fidelity-poort van twee qubits opent de deur naar grootschalige experimenten”, benadrukt Jason Petta, een professor in de natuurkunde aan de Princeton University.
Op silicium gebaseerde apparaten zijn waarschijnlijk minder duur en gemakkelijker te fabriceren dan andere technologieën om een kwantumcomputer te realiseren. Hoewel andere onderzoeksgroepen en bedrijven kwantumapparaten hebben aangekondigd die 50 of meer qubits bevatten, vereisen deze systemen exotische materialen zoals supergeleiders of geladen atomen die op hun plaats worden gehouden door lasers.
Quantumcomputers kunnen problemen oplossen die met conventionele computers niet toegankelijk zijn. Apparaten kunnen extreem grote aantallen genereren of optimale oplossingen vinden voor complexe problemen. Bovendien kunnen ze onderzoekers ook helpen de fysieke eigenschappen van extreem kleine deeltjes, zoals atomen en moleculen, te realiseren, wat leidt tot vooruitgang op gebieden zoals materiaalwetenschap en ontdekking van geneesmiddelen.
Voor het bouwen van een kwantumcomputer moeten onderzoekers qubits maken en deze met hoge betrouwbaarheid aan elkaar bevestigen. Op silicium gebaseerde kwantumapparaten gebruiken een kwantumelektroneigenschap genaamd “rotatie” om informatie te manipuleren. De rotatie kan naar boven of naar beneden wijzen op een manier die analoog is aan de noord- en zuidpool van een magneet. Conventionele computers daarentegen werken door de negatieve elektronenlading te manipuleren.
Het bereiken van een krachtige rotatie op basis van het kwantumapparaat werd belemmerd door de kwetsbaarheid van de rotatietoestanden – ze drijven gemakkelijk van boven naar beneden of vice versa, tenzij ze kunnen worden geïsoleerd in een zeer zuivere omgeving. Door de kwantumsiliciumapparaten te bouwen in het Princeton Quantum Device Nanoprobe Laboratory, konden wetenschappers consistente rotaties behouden.
Om de poort met twee qubits te bouwen, plaatste het team kleine aluminiumdraadjes op een sterk geordend siliciumkristal. De strengen zorgen voor spanningen die twee eenvoudige elektronen vasthouden, gescheiden door een energiebarrière, in een perfecte structuur, een dubbele kwantumstip genoemd.
Computers met superkrachten
Door de energiebarrière tijdelijk te verminderen, stelt de actie elektronen in staat om kwantuminformatie te delen, waardoor een speciale kwantumtoestand wordt gecreëerd die kwantumverstrengeling wordt genoemd. Deze gevangen en met elkaar verweven elektronen zijn nu klaar voor gebruik als qubits, die lijken op conventionele computerbits, maar met ‘superkrachten’. Dit komt omdat, hoewel een conventionele bit een nul of een 1 kan vertegenwoordigen, elke qubit zowel een nul als een 1 kan zijn, waardoor het aantal mogelijke permutaties dat onmiddellijk kan worden vergeleken, wordt vergroot.
Onderzoek heeft aangetoond dat ze elektronenrotaties in hun kwantumtoestanden kunnen handhaven met een getrouwheid van meer dan 99% en dat de poort betrouwbaar werkt om de tweede qubit-rotatie ongeveer 75% van de tijd te draaien. Technologie heeft het potentieel om op te schalen naar meer qubits met nog lagere foutenpercentages.
Zo zal het gebruik van meer “goedkope” technologieën en materialen het mogelijk maken om kwantumcomputing in de dagelijkse scenario’s te integreren en aan te passen aan de behoeften waar conventionele computers nu worden gebruikt. We hebben het dan over het behalen van resultaten die ver boven wat we gewend zijn te krijgen, dus de verandering kan kolossaal zijn.
Dus, wat vind je hiervan? Deel eenvoudig al uw mening en gedachten in het commentaargedeelte hieronder.