A kvantum számítógépek potenciáljának feloldása: Adatok tárolása egyetlen atomon
A kvantumszámítógépek világában az lehetőségek hatalmasak. A kvantumbitek, vagy qubitek használatával a kutatók komplex problémákhoz nyúlnak, amelyeket régebben lehetetlennek tartottak a hagyományos számítógépek számára. Azonban a qubitek manipulálása jelentős kihívást jelentett. Az Új-Dél-Wales-i Egyetem (UNSW) szakemberei Sydney-ből most áttörést értek el a kvantum adattárolás terén, bemutatva, hogyan írható adat egyetlen atomban négy különböző módon.
Ez az kísérlet számára kiválasztott elem az antimon, amelyet beültethetnek egy szilícium chipbe, egy szilícium atom helyettesítésével. Az antimonot különösen alkalmasnak teszi a kvantum adatok kódolására az a magja, amely már tartalmaz nyolc különálló kvantumállapotot. Emellett az atom elektronja kétféle kvantumállapotot birtokol, az állapotok száma hatékonyan kétszereződik 16-ra. Összehasonlításképpen, egy olyan kvantumszámítógép létrehozásához, amely 16 állapotot használ más anyagokkal, négy qubit együttműködésére lenne szükség.
A tanulmány valódi innovációja abban rejlik, hogy a kutatók képesek voltak a datak manipulálására az atomban négy különböző módszerrel. Egy oszcilláló mágneses tér lehetővé teszi az elektron kontrollját, míg az atommag forgása manipulálható egy mágneses rezonancia módszer segítségével, hasonlóan az MRI gépekben használt módszerhez. Emellett egy elektromos tér képes kontrollálni a magot, és a „flip-flop qubitek” technika lehetővé teszi mind az atommag, mind az elektron ellenkező irányú kontrollját, segítségül hívva egy elektromos teret.
Ezen négy módszer alkalmazásával a kvantumszámítógépek „sűrűbbek” lehetnek. Ez azt jelenti, hogy több qubit rakható egy kisebb térbe, növelve a feldolgozási teljesítményt. A tanulmány vezető szerzője, Professor Andrea Morello hangsúlyozza ennek a kutatásnak az fontosságát, mondván, hogy a kvantumszámítógépek kezelhetik az információk rendkívüli sűrűségét, amely azáltal indokolja azok kihívásait. Az egyéni qubitek irányításának képessége mágneses és elektromos mezőkkel, vagy ezek kombinációival, a kutatók számára számos lehetőséget kínál a kvantum rendszerek felgyorsításához.
Az elkövetkező időszakban a csapat tervezi kihasználni ezeket az atomokat a logikai qubitek kódolására, egy létfontosságú lépés az életképes kvantumszámítógépek fejlesztése felé. Ahogy a kutatók folytatják a kvantumszámítás potenciáljának feloldását, ezek az előrelépések közelebb visznek minket egy olyan jövőhöz, ahol a bonyolult problémákat páratlan hatékonysággal lehet megoldani.
Forrás: UNSW
Gyakran ismételt kérdések (FAQ):
1. Mi a kvantum adattárolás?
A kvantum adattárolás a folyamatot jelenti, amikor adatokat tárolunk és manipulálunk kvantumbitekkel, vagy qubitekkel. Ellentétben a hagyományos számítógépekkel, amelyek bit-eket használnak, amelyek csak 0 vagy 1 értéket tudnak képviselni, a qubit egyszerre létezhet mindkét állapotú szuperpozícióban, összetett számításokra lehetővé téve.
2. Milyen anyagot használtak a kvantum adattároláshoz?
Az Új-Dél-Wales-i Egyetem (UNSW) kutatói Sydney-ben antimoniumot használtak kísérleteikhez. Az antimon átültethető egy szilícium chipbe, és a magja és az elektronja több kvantum állapottal rendelkezik, ami alkalmas a kvantum adatok kódolására.
3. Hány kvantumállapot érhető el az antimoniummal?
Az antimon akár 16 kvantumállapotot is biztosíthat a kvantumszámításhoz. Ez jelentős előny az egyéb anyagokhoz képest, mivel ugyanannyi állapot használatához négy qubiteket kellene együttműködtetni.
4. Hogyan kezelték a kutatók az atomban tárolt adatokat?
Az antimon atomon tárolt adatokat a kutatók négy különböző módszerrel manipulálták. Ezek a módszerek magukban foglalják az oszcilláló mágneses tér használatát az elektron kontrolljára, az atommag forgatásának manipulálását mágneses rezonancia módszer segítségével, a mag kontrollját egy elektromos térrel, valamint a „flip-flop qubitek” technikát, ami lehetővé teszi mind az atommag, mind az elektron ellenkező irányú kontrollját, egy elektromos tér segítségével.
5. Mi a jelentősége az egyedi qubitek irányításának mágneses és elektromos mezőkkel?
Az egyedi qubitek irányítása mágneses és elektromos mezőkkel lehetővé teszi a feldolgozási teljesítmény növelését, és több qubit elpakolását egy kisebb térbe, ami a kvantumszámítógépek „sűrűbbé” teszi. Ez fontos a kvantum rendszerek felskálázásához, és lehetővé teszi az információk rendkívüli sűrűségének kezelését, amelyet a kvantumszámítógépek feldolgozhatnak.
6. Mi a kutatócsoport jövőbeli terve?
A kutatócsoport tervezi használni ezeket az atomokat a logikai qubitek kódolására, ami létfontosságú lépés a gyakorlati kvantumszámítógépek fejlesztése felé. A kvantum-számítás képességeinek folyamatos fejlesztésével a kutatók arra törekszenek, hogy közelebb vigyenek minket egy olyan jövőhöz, ahol a bonyolult problémákat páratlan hatékonysággal lehet megoldani.
Jelentős fogalmak vagy jargonok definíciói a cikkben használt:
– Kvantumbitek (qubitek): A kvantum információ alapegységeit a kvantumszámításban. Másképp a klasszikus bitekhez képest, a qubitek egyszerre létezhetnek mind 0, mind 1 állapot szuperpozíciójában.
– Mag: Az atom központi része, amely protonokat és neutronokat tartalmaz.
– Oszcilláló mágneses tér: Egy mágneses tér, amely időben változik.
– Mágneses rezonancia: Egy jelenség, amely során az atommagok forgásszöge egy megfelelő frekvenciájú mágneses mező alkalmazása révén manipulálható.
– Elektromos tér: Az elektromos töltések által létrehozott erőtér.
– Flip-flop qubitek: Egy technika, amely lehetővé teszi mind az atommag, mind az elektron ellenkező irányú ellenőrzését, egy elektromos tér segítségével.
Javasolt kapcsolódó linkek:
Új-Dél-Wales-i Egyetem (UNSW) (Az egyetem fő domainje az említett cikkben)
The source of the article is from the blog radiohotmusic.it