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:
Учёные разработали ультратонкий светодиод
На сегодняшний день техника далеко шагнула в перёд, прошли те времена, когда мы пользовались мониторами с электро-лучевыми трубками. Сейчас вся техника перешла на использование светодиодов, это касается как мониторов, так и телевизоров. С этим переходом человечество получило отличную картинку, замечательную цвета передачу, ..
2014-03-12 1612 0 Технология
0
Солнечная энергетика конкурентоспособна с газовой
В текущем году инвестиционный банк Lazard опубликовал свой ежегодный сравнительный анализ экономики технологий электрической генерации позже обычного. «Юбилейная»Самый интересный и показательный слайд исследования, как обычно, второй — тот, где сравнивается приведённая стоимость производства электричества (Levelized ..
2017-01-07 3414 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 1592 0 Технология
0
Ученые создали новый скальпель
Новый способ фокусировки лучей в тканях позволяет хирургу не повреждать кожные покровы.Это дает возможности хирургического вмешательства без надрезов, - говорит Янг Чангуей, профессор радиотехники и биоинженерии, главный автор новой разработки. Производя точечную фокусировку лазера глубоко в ткани, ..
2012-06-30 1616 0 Технология
0
Учеными создан новый метод редактирования генома
Учеными из Индианы, США, разработана уникальная методика, позволяющая редактировать геном человека еще до зачатия. В этом им помогли стволовые клетки, функционирование которых исследователи обеспечили в искусственной среде. Стало известно, что ученым из университета Индианы удалось редактировать геном еще не родившегося ..
2014-12-17 8092 0 Технология
1
Австралийские ученые создали революционное лекарство от рака
Как сообщает издание Sydney Morning Herald, австралийские ученые создали революционное лекарство от рака. «Препарат вызывает разрушение каркаса раковой клетки, и этот процесс протекает достаточно быстро. При этом здоровые клетки остаются нетронутыми», — объясняет лидер исследовательской ..
2013-08-15 4356 2 Технология
0
В ЦЕРНе создали ускоритель элементарных частиц для больниц
Инженеры ЦЕРНа решили приспособить технологию Большого адронного коллайдера (БАК) для практического использования в медицине. Они представили миниатюрный линейный ускоритель длиной 2 метра, пригодный для применения в медицинской визуализации и рентгенографии. О новинке сообщается в пресс-релизе ЦЕРНа. Прибор для больниц построен по модели ..
2015-07-31 4091 0 Технология
0
Метро в Санкт-Петербурге будут освещать светодиоды
В Санкт-Петербургском метрополитене завершены первые пилотные проекты по внедрению светодиодного освещения. Светодиодные светильники были смонтированы в электродепо "Невское", "Автово", "Лиговский проспект", в перспективе — освещение электродепо "Московское". Проект реализуется при участии петебургского метрополитена, производителя светодиодов ..
2012-02-9 1761 0 Технология
0
Канада начала испытания прототипа бесшумного снегохода
Вооруженные силы Канады в обстановке секретности испытывают прототип бесшумного снегохода для спецопераций в Арктике, сообщило в воскресенье Canadian Press со ссылкой на документы, полученные из министерства обороны в соответствии с Законом о свободе информации. Снегоход, на создание которого уже затрачено 620 тыс. долларов, получил ..
2013-08-19 1382 0 Технология
0
В ОАЭ открыта самая большая солнечная электростанция
Благодаря низкой географической широте и большому количеству солнечных дней в году, Объединенные Арабские Эмираты являются идеальным местом для развития солнечной энергетики. Поэтому совершенно не удивительно, что в этой солнечной ближневосточной стране вступила в строй самая большая в мире ..
2013-03-29 3584 0 Технология
0
Препарат нового типа назвали непобедимым антибиотиком
Ученые представили теиксобактин — антибиотик нового типа, убивающий широкий спектр грамположительных бактерий, которые стали неуязвимыми для иных препаратов. По мнению исследователей, для возникновения резистентности к новому веществу (взятому из почвенных бактерий, не поддающихся культивированию в лаборатории) понадобится как минимум ..
2015-01-15 3890 0 Технология
0
Альтернативная энергетика магаданских старателей
На Колыме, где в этом году держатся аномальные морозы, сотрудники одного из золотодобывающих предприятий сконструировали собственную уникальную систему отопления. Вместо дорогого в Магаданской области топлива поселок старателей теперь обогревают выхлопными газами от дизельных электростанций. Старая штольня нуждается ..
2013-01-29 1191 0 Технология
0
В Великобритании выращивают мебель на полях
В Британии Гэвин Манро выращивает молодые деревья в специально изготовленных пластиковых формах, выполняя обрезку отростков таким образом, чтобы сформировались жёсткие сочленения. Применяя данный способ, он уже создал несколько прототипов и имеет целое поле в графстве Дербишир, ..
2015-04-24 2220 0 Технология
-1
Разработана новая техника создания полноцветных голограмм
Японские ученые разработали уникальный способ создания полноцветных голограмм при помощи поверхностных плазмонов. Научный руководитель Сатоши Кавата, совместно с Мийю Озаки, разработали новый метод голографии, отличный от всех предыдущих, который позволяет воссоздавать полноцветные трехмерные объекты. ..
2012-03-26 1966 0 Технология
0
Производство самого твердого материала поставят на поток
Разработан новый метод синтеза ультратвердого фуллерита, который по твердости превосходит алмаз. Способ, позволяющий синтезировать этот материал, описан российскими учеными из Технологического института сверхтвердых и новых углеродных материалов в Троицке, МФТИ, МИСиС и МГУ в журнале Carbon. Кратко ..
2014-09-14 2110 0 Технология
0