Yksinkertaisempi suunnitelma kvanttitietokoneille

01.12.2021

Stanford-yksinkertainen-suunnitelma-kvanttitietokoneille-R-250-t.jpgStanfordin yliopiston tutkijat ovat esitelleet suhteellisen yksinkertaisen kvanttitietokoneen suunnitelman, jossa yhdellä atomilla manipuloidaan fotoneja ja laitteistokin voitaisiin rakentaa nykyisin saatavilla olevista komponenteista.

Suurempi kuva

Nykypäivän kvanttitietokoneet ovat monimutkaisia rakentaa, vaikea skaalata ja vaativat toimiakseen kylmiä lämpötiloja.

Nämä haasteet ovat saaneet tutkijat etsimään mahdollisuutta rakentaa kvanttitietokoneita, jotka toimivat fotoneilla. Fotonit voivat helposti kuljettaa informaatiota paikasta toiseen ja fotoniset kvanttitietokoneet voivat toimia huoneenlämmössä.

Vaikka fotoneille on rakennettu yksittäisiä kvantti "logiikkaportteja", on kuitenkin haastavaa rakentaa suuria määriä portteja ja yhdistellä niitä monimutkaisten laskelmien suorittamiseksi.

Stanfordin tutkijoiden ehdotuksessa käytetään laseria yksittäisen atomin manipuloimiseen, joka puolestaan voi muuttaa fotonien tilaa kvanttiteleportaation kautta. Atomi voidaan nollata ja käyttää uudelleen monissa kvanttiporteissa, eliminoiden näin tarpeen rakentaa useita erillisiä fyysisiä portteja. Tämä puolestaan vähentää huomattavasti kvanttitietokoneen rakentamisen monimutkaisuutta.

Tämä hämmästyttävän yksinkertainen rakenne vaatii vain muutaman laitteiston: kuitukaapelin, säteenjakajan, parin optisia kytkimiä ja optisen ontelon. Video toiminnasta.

Uusi suunnitelma koostuu kahdesta pääosasta: tallennusrenkaasta ja sirontayksiköstä. Tallennerenkaassa pyörii useita fotoneja, jotka edustavat kvanttibittejä eli kubitteja. Fotonin kulkusuunta renkaassa määrää kubitin arvon, joka bitin tapaan voi olla 0 tai 1 tai fotonin virratessa molempiin suuntiin edustaa 0:n ja 1:n yhdistelmää samanaikaisesti.

Fotonia manipuloidaan ohjaamalla se tallennusrenkaasta sirontayksikköön, jossa se kulkee onteloon, joka sisältää yhden atomin. Kun fotoni on vuorovaikutuksessa atomin kanssa, ne lomittuvat. Sitten fotoni palaa tallennusrenkaaseen ja laser muuttaa atomin tilaa. Koska atomi ja fotoni ovat lomittuneet, atomin manipulointi vaikuttaa myös sen fotoniparin tilaan.

"Mittaamalla atomin tilan voit teleportoida toiminnot fotoniin", Ben Bartlett kertoo. "Tarvitsemme siis vain yhden ohjailtavan atomikubitin ja voimme käyttää sitä välityspalvelimena kaikkien muiden fotonisten kubittien epäsuoraan manipulointiin."

Koska mikä tahansa kvanttilogiikkaportti voidaan koota atomille suoritettavaksi toimintosarjaksi, voit periaatteessa ajaa minkä tahansa kokoisen kvanttiohjelman käyttämällä vain yhtä ohjattavaa atomikubittia. Ohjelman suorittamiseksi koodi muunnetaan toimintosarjaksi, joka ohjaa fotonit sirontayksikköön ja manipuloi atomikubittia. Koska voit hallita atomin ja fotonien vuorovaikutusta, sama laite voi ajaa monia erilaisia kvanttiohjelmia.

"Monille fotonisille kvanttitietokoneille portit ovat fyysisiä rakenteita, joiden läpi fotonit kulkevat, joten jos haluat muuttaa käynnissä olevaa ohjelmaa, se vaatii usein koko laitteiston fyysistä konfigurointia", Bartlett toteaa. "Tässä tapauksessa ei tarvitse muuttaa laitteistoa - on vain annettava koneelle erilaiset ohjeet."

Avoin tutkimuspaperi: Deterministic photonic quantum computation in a synthetic time dimension

Aiheesta aiemmin:

Kvanttifotoninen prosessori

Kvanttiteleportaatio piifotonisella sirulla

Toimivia kubitteja piille

Kubitteja kiertäen ja kaartaen

22.06.2023Terahertseistä näkyväksi valoksi
21.06.2023Jäljittelee ihmisen näkö- ja muistikykyjä
20.06.2023Älymateriaali haastaa Newtonin liikelain
19.06.2023Säteenjakaja fononeille
17.06.2023Inteliltä kvanttiprosessori
16.06.2023Litteät fullereenifragmentit houkuttelevat elektroneja
15.06.2023Lupaavia rakenneosia kvanttisimulaattoreille
14.06.2023Uusi rakennuspalikka kvanttiteknologialle
13.06.2023Monitoiminen suprajohtava diodi
12.06.2023Tehostusta kvantti-internetille
09.06.2023Aurinkosähköä avaruudesta
08.06.2023Maailman ensimmäinen puutransistori
07.06.2023Vihdoinkin 2D-mikrosiruja
06.06.20233D-tulostuksella aivan uudenlaisia materiaaleja
05.06.2023Femtoskaalan mittauksia
03.06.2023Uusi katalyytti kestävälle vedylle
02.06.2023Skyrmioneja ohjaavia transistoreita
01.06.2023Uusia materiaaleja akuille ja lämpösähköisille
31.05.2023Fotonisiru ilman litografiaa
30.05.2023Kohti trionipohjaisia optisia laitteita
29.05.2023Uusia muistiratkaisuja spineillä ja pyörteillä
27.05.2023Nopeita mikrorobotteja ihmiskehoon
26.05.2023Sähköä ohuesta ilmasta 24/7
25.05.2023Kvanttista vai ei
24.05.2023Uusia näkemyksiä suprajohtavuuden tutkimuksiin
23.05.2023Elektroniaaltojen kuljettama lämpö
22.05.2023Erikoismuotoiltuja kvanttipisteitä
19.05.2023Nanolankaverkko oppii ja muistaa
18.05.2023Kolmiulotteista valon muokkausta
17.05.2023Muunnettavia nanomittakaavan elektronisia laitteita
16.05.2023Atomeja lävistäen ja heitellen
15.05.2023Välikerrokset tehostavat perovskiittikennoja
13.05.2023Fotosynteesi puhtaan energian tuotantoon
12.05.2023Grafeenipohjaisia kvanttipiirejä atomien tarkkuudella
11.05.2023Kohti topologista kvanttilaskentaa
10.05.2023Keinoihot ja tekoäly
09.05.2023Kvanttikomposiitteja sähköisille ja optisille innovaatioille
08.05.2023Salakuuntelu vaikeutuu tai sitten ei
06.05.2023Voiko ET havaita meidät?
05.05.2023Kesytetty valo tarjoaa uusia mahdollisuuksia
04.05.2023Lihonneita kvantikissoja
03.05.2023Van der Waals:lla 2D-materiaaleista 3D-kiteiksi
02.05.2023Topologinen suprajohtavuus ilman suprajohteita
01.05.2023Kaksiulotteisuudella tehostaen
29.04.2023Suprajohteisia moottoriteitä
28.04.2023MEMS, piifotoniikka ja nestekidepisarat
27.04.2023Kvanttivalolähde sirulle ja skaalautuvuutta kvanttipilveen
26.04.2023Grafeenin kvanttipisteet magneettikenttäantureina
25.04.2023Kaksi täysin lomittunutta kudittia
24.04.2023Kurkistetaan transistorin sisälle
22.04.2023Orgaanista ja fluorensoivaa aurinkoenergiaa
21.04.2023Ei-vastavuoroista ja aikakiteistä metapintaa
20.04.2023Yhdestä fotonista neljä varauksenkantajaa
19.04.2023Uutta ferrosähköisyyttä ja magneettieristeen ohjausta
18.04.2023Tehokas lasermainen mikroaaltolähde
17.04.2023Magneettinen kvanttimateriaali ja meminduktori
14.04.2023Uusia topologisia ilmiöitä
13.04.2023Transistori biokemiallisille diagnostiikkasignaaleille
12.04.2023Nanolankoja rakennellen
11.04.2023Kvanttimateriaalien veistelyä
10.04.2023Atomien ja eksitonien twist
09.04.2023Kvanttimittausmenetelmä kasvihuonekaasuille
07.04.2023Ajan suhteen heijastuvia aaltoja
06.04.2023Atomiohuita metallikerroksia uudelle teknologialle
05.04.2023Edistysaskeleita magnoniikalle ja spintroniikalle
04.04.2023Loogisen kubitin elinikää ja virhesuhdetta parantaen
03.04.2023Mikrosiru yhdistää kaksi Nobel-palkittua tekniikkaa
31.03.2023Hiilikuitupaperia akkuihin
30.03.2023Antiferromagneettisesta ferromagneettiseen topologiseen eristeeseen
29.03.2023Tiedemiehet avaavat oven "kvanttivalon" manipulointiin
29.03.2023Elektrodynamiikan visualisointi nestemäsellä heliumilla
27.03.2023Uusi keksintö: Happi-ioni-akku
25.03.2023Synteesikaasua ja akkuvarausta auringonvalosta
24.03.2023Kubitit pistävät uuden spinin magnetismiin
23.03.2023Valon ja materiaalin yhdistäminen optimoi näytön kirkkauden
22.03.2023Kaksiulotteista piikarbidia ja perovskiittioksinitridia
21.03.2023Valoemissio ilman teoriaa
20.03.2023Aurinkokennoa rullalta rullalle
18.03.2023Sähköisesti ohjattua passiivista säteilyjäähdytystä
17.03.2023Ferrosähköinen HEMT-transistori
16.03.2023Yhden fotonin emittereitä piille
15.03.2023Fononit, kvanttipiste ja grafeeni
14.03.2023Kestomagneettisuutta tuottaen
13.03.2023Aivoissa valmistuvat elektrodit
12.03.2023Hiilinanoputki kvanttibittien kodiksi
09.03.2023Ionit kuriin perovskiittisissa aurinkokennoissa
08.03.2023Käsialakuvion ennätysmäistä tunnistusta
07.03.2023Suprajohdekubitteja kolmessa ulottuvuudessa
06.03.2023Kevyempiä ja pehmeämpiä ja robotteja
04.03.2023Ihmisen aivosoluilla toimiva tietokone?
03.03.2023Metapinnoilla kohti 6G:tä
02.03.2023Pietsosähköakustiikalla kevyempää RF-tekniikkaa
01.03.2023Uudenlaisia ratkaisuja pienen koon tehokäyttöihin
01.03.2023Uudenlaisia ratkaisuja pienen koon tehokäyttöihin
01.03.2023Molekyylielektroniikan airueita
28.02.2023Antureita mikrobien nanolangoista
27.02.2023Neljän elektronin litium-ilma akku
24.02.2023Uusia eväitä kubiteille
23.02.2023Lämmönhallintaa karheille pinnoille
22.02.2023Erittäin lupaavia elektrolyyttiehdokkaita

Näytä lisää »