Открыта новая техника для обработки квантовой информаци

Открыта новая техника для обработки квантовой информаци

Учёным наконец-то удалось преодолеть главное препятствие в квантовых вычислениях: как защитить квантовую информацию от разложения окружающей средой и одновременно выполнять вычисления в твердотельных квантовых системах, сообщает «WordScience.org».

Данное исследование было опубликовано 5-го апреля 2012-го года в журнале «Nature».

Группа «Department of Energy’s Ames Laboratory» под руководством физика энергетика Вячеслава Добровицкого и учёных Дельфтского технологического университета (Delft University of Technology), Калифорнийского университета (University of California) в Санта-Барбаре и Южно-Калифорнийского университета (University of Southern California), сделала большой шаг вперёд на пути к использованию передвижения одинарных электронов и ядер для обработки квантовой информации. Это открытие открывает двери для надёжных квантовых вычислений с твердотельными устройствами и использование квантовых технологий для магнитных измерений с точностью до одного атома в наномасштабе.

Квантовая обработка информации основана на комбинированном движении микроскопических элементов, таких как электроны, ядра, фотоны или ионы. В классической обработке информации, данные хранятся и обрабатываются в битах, а также данные, включённые в каждый бит ограничены только двумя значениями: 0 или 1. Но, в квантовом бите, называемом кубитом, данные могут иметь сразу 2 этих значения одновременно.

Эта сила квантовой обработки информации, также представляет собой серьёзную проблему: даже незначительное «толчок» вызывает у кубитов потерю данных. И кубиты, как правило, довольно чутко взаимодействуют с окружающей средой, где несколько сильных «толчков» могут вывести их из колеи.

Но, ключ к квантовой обработке информации в отношениях между кубитами, не такое простое решение, как отделение одного кубита из окружающей среды.

«Большим шагом вперёд является то, что мы смогли отделить отдельные кубиты из среды, поэтому они сохраняют, как свою информацию, так и связь между кубитами», — сказал Добровицкий.

Твердотельные гибридные системы полезны для квантовой обработки информации, потому что они состоят из различных типов кубитов, каждый из которых выполняет различные функции. В работе Добровицкого, гибридная система включает в себя магнитные моменты электрона и ядра.

«Этот тип гибридной системы может хорошо подходить для обработки квантовой информации, потому что электроны движутся быстро и ими можно легко управлять, но с другой стороны они также быстро теряют квантовую информацию. Ядра двигаются очень медленно и ими трудно управлять, но они очень хорошо сохраняют всю информацию», — сказал Добровицкий. «Вы можете увидеть аналогию между этой гибридной квантовой системой и частью классического компьютера: процессор работает быстро, но не долго хранит информацию, а память работает медленно, но хранит информацию в течение длительного времени».

Обычно, когда мы отделяем кубиты из среды, чтобы защитить квантовые данные, мы отделяем их от всего, даже друг от друга.

Но, Добровицкий нашёл узкую лазейку, при которой оба электрона и ядра, могут быть отделены из среды, при этом сохраняя свои отношения друг к другу.

«Решение применяет определённую структуру ударов в магнитный момент электрона, так что крошечные вращения между ударами накапливают и совпадают с вращением ядра», — сказал Добровицкий. «Мы можем выделить отдельные движения электрона из тысячи других, потому что он синхронизирован с движением ядерного магнитного момента».

В результате, электрон и движение ядра остаются связанными, в то время, как они оба защищены от «ухода с курса» и сохраняют свои возможности квантовой обработки информации.

Эксперименты, проведённые группой учёных из Дельфтского технологического университета в Нидерландах и Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, показали, что теоретическая разработка этого метода хорошо работает и на практике.

Исследователи применили технику и показали, что она может быть использована для малой обработки квантовой информации. Учёные из Дельфтского технологического университета и «UCSB» успешно провели квантовый алгоритм Гровера, метод для поиска случайных списков. В этом случае, они заставили твердотельную гибридную систему правильно искать список, состоящий из четырёх случайных элементов.

«Это первый случай, когда надёжные квантовые вычисления были продемонстрированы с помощью твердотельных систем с отдельными спинами», — сказал Добровицкий. «Мы показали, что даже с неизбежным несовершенством экспериментов, мы можем использовать эту систему и сделать квантовую обработку информации таким образом, что она побьёт свой классический аналог. В самом деле, в списке из четырёх элементов, квантовое устройство находит с уверенностью нужный элемент, глядя в список только один раз, в то время, как классический аналог должен проверить все четыре элемента по отдельности».

В то время, как список из четырёх элементов, является небольшим, учёные рассмотрели возможность случайного списка, состоящего из миллионов записей. Прибегая к классическому вычислению, было совершено 500000 запросов. Но, с использованием квантовой обработки информации, было совершено всего лишь 1000 запросов, тем самым показывая, насколько быстрее будет завтрашняя квантовая обработка информации, сегодняшних классических современных компьютеров.

Исследования, проведённые в «Ames Laboratory», финансировались «DOE’s Office of Science».

Источник: wordscience.org

Похожие новости:
В МГУ разработали квантовую связь для секретных ключей
Защищённая система квантовой связи для передачи секретных ключей создана в лаборатории квантовых оптических технологий Московского государственного университета, сообщает учредитель лаборатории Фонд перспективных исследований (ФПИ). «Мы решили задачу разработки в нашей стране автоматизированной защищенной системы ..
2016-01-05 1973 0 Технология
0
Квантовую запутанность посчитали источником голографического пространства
Математические физики из Калифорнии и Японии предложили новый взгляд на описание квантовой запутанности. Согласно работе ученых, квантовая запутанность «создает» дополнительные измерения для гравитационной теории. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters, а кратко ..
2015-05-30 1511 0 Технология
0
Квантовая навигационная система пригвоздит GPS своей точностью
В Британии военные получили новую технологию, которая будет в 1000 раз точнее существующей сегодня американской глобальной системы позиционирования. И при этом ей не нужны спутники, благодаря чему она может работать хоть под водой, хоть под землей – везде, где сигналу GPS не добраться. Основой ..
2014-05-16 2596 0 Технология
-1
Китай назвал сроки запуска спутника для квантовой телепортации
Китай в середине августа 2016 года запустит спутник, при помощи которого планируется проведение первого в мире эксперимента по осуществлению квантовой телепортации на расстояние более 1,2 тысячи километров. Об этом сообщает издание South China Morning Post.Запуск аппарата будет ..
2016-07-07 2221 0 Технология
0
Созданы одиночные фотоны для квантовой обработки информации
Используя лазеры, чтобы извлечь всего один атом из облака ультрахолодного газа рубидия, физики разработали новый, быстрый и эффективный способ по созданию одиночных фотонов, которые в дальнейшем могут быть использованы в квантово-оптической обработке информации, изучении динамики ..
2012-04-23 2009 0 Технология
0
Квантовую телепортацию впервые использовали в фотонном микрочипе
Физикам из Японии и Великобритании впервые удалось реализовать схему квантовой телепортации в устройстве фотонного чипа. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Photonics, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Бристольского университета. Традиционно квантовая телепортация для своего ..
2015-04-06 1875 0 Технология
0
Google построит плавающий информационный центр
Компания Google развернула строительство огромного плавающего информационного центра недалеко от Сен-Франциско, сообщает it-site.net. Он будет располагаться на гигантской барже, высотой в четыре этажа, собранный из контейнеров. Здание все еще находится в процессе строительства, но источник сообщает, что за всем этим стоит Google. ..
2013-10-27 1429 0 Технология
0
Открылся первый климатически нейтральный ж/д вокзал в Европе
В Федеральной земле Северный Рейн-Вестфалия открылся первый ж/д вокзал, чья работа осуществляется без отрицательного воздействия на климат двуокиси углерода. Вскоре в Саксонии должен появиться такой же «зеленый вокзал». Вода в туалете используется дождевая, электроэнергию вырабатывает солнце. По сообщениям Немецкой железной дороги, в земле Северный ..
2014-06-23 1765 0 Технология
0
Физики установили рекорд скорости переключения светодиодов
Американские ученые установили новый рекорд скорости испускания света для молекулярной флуоресценции: им удалось существенно повысить скорость включения и выключения светодиодов. По их словам, они в тысячу раз улучшили результаты предыдущих исследований, сообщается в статье специалистов, опубликованной в журнале Nature Photonics. В ..
2014-10-13 1672 0 Технология
2
Технологии металлообработки сегодня.
Металлообработка берет свое начало в доисторической эпохе. Упоминания о ней есть уже в XII веке до н. э. С ее помощью получали инструменты для земельных работ, производили предметов быта и конечно же оружия. Потребность в металлообработке была всегда и везде, где был человек. Время шло, отросль развивалась стремительно, менялись ..
2015-07-12 5319 0 Технология
-2
Amazon строит солнечную ферму
Клиенты компании призывают быть прозрачным в области возобновляемых источников энергии. Компания Amazon, поставляющая услуги в сфере «облачных» хранилищ информации, планирует построить в США солнечную ферму мощностью около 80- мегаватт, чтобы использовать возобновляемые источники энергии для питания своей ..
2015-06-14 1545 0 Технология
0
Компании Acronis и ID Quantique начали сотрудничество в квантовой криптографии
Компания Acronis начинает сотрудничество с ID Quantique с целью внедрения квантовых технологий в облачную защиту данных и предотвращения потенциальных кибер-угроз. Об этом сообщается в пресс-релизе компании Acronis, поступившей в редакцию «Ленты.ру». Совместный проект Acronis и ID Quantique предполагает создание новых методов ..
2015-10-02 1326 0 Технология
0
Физики создали квантовый микрофон
Учёные технического университета Чалмерса (Chalmers University of Technology) продемонстрировали новый тип детектора для сверхслабого звука. Устройство назвали "квантовым микрофоном", так как оно настолько мало, что работает по законам квантовой физики. «Квантовый микрофон» основан на одноэлектронном транзисторе с пьезоэлектрической связью. Переключатель транзистора ..
2012-03-1 2127 0 Технология
0
Состоялся первый сеанс трансконтинентальной спутниковой квантовой связи
29 сентября президенты Австрийской и Китайской академии наук провели первый сеанс трансконтинентальной связи, ключ шифрования для которой был распределен с помощью методов квантовой криптографии. Эксперимент установил новый рекорд дальности квантовой связи — свыше 7400 километров (расстояние ..
2017-10-09 14518 0 Технология
0
Кремниевые матрицы для фотокамер заменят органикой
Ученые Мюнхенского Университета создали фотодатчики из органики, которые способны улучшить фотохарактеристики  видео и фотокамер, а также тепловизоров.Сейчас практически все камеры мобильных устройств и фотоаппаратов основаны на кремниевых датчиках, изготавливаемых по CMOS-технологии, по технологии, используемой для производства полупроводниковых чипов. Органические матрицы ..
2013-02-4 1967 0 Технология
0