Die Quantenmechanik ist einer der angesehenen Bereiche der Wissenschaft, in dem es um subatomare Teilchen geht. Mit Quantenmechanik Wir konnten untersuchen, wie sich sehr kleine Teilchen auf der Welt im Bereich von Atomen, Elektronen und Photonen in der Welt verhalten.
Und ihr bemerkenswertester Beitrag zur Welt? Quantencomputer, Laserkommunikationstechnologien, Transistoren, Elektronenmikroskope usw.
Die Quanteninformationen können sich jedoch aufgrund vieler Abschwächungsfaktoren ändern. Jede Änderung des ursprünglichen Werts führt zu einem Fehler, und die Quantenfehlerkorrektur oder QEC wird verwendet, um die Werte in Ordnung zu halten.
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In diesem Artikel wollen wir einige der rätselhaften Komplexitäten der Quantenmechanik diskutieren, wie sie zu Fehlern führen und wie Wissenschaftler versuchen, sie zu korrigieren.
Quantenmechanik und Relativitätstheorie - Warum mischen sie sich nicht!?
Wenn wir über Quantenmechanik sprechen, assoziieren wir sie immer mit Atomen. Aber da das Gebiet der Quantenmechanik so weit fortgeschritten ist, können wir es sogar dehnen, um die größeren Dinge zu erklären, genauer gesagt die alltäglichen Dinge um uns herum, oder?
Nein, entgegen dieser allgemeinen Überzeugung liefert die Verwendung der Quantentheorie zur Erklärung großer Objekte häufig falsche Werte. In einer wissenschaftsorientierteren Definition können wir sagen, dass die Quantenmechanik nicht gut mit der von Einstein vorgeschlagenen Allgemeinen Relativitätstheorie übereinstimmt.
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Um die Kluft zwischen Quantenmechanik und Relativitätstheorie zu verstehen, müssen wir sowohl ihre grundlegende Definition als auch ihre Anwendung auf die Welt verstehen.
In der Quantenmechanik untersuchen wir Atome und noch kleinere Teilchen wie Elektronen. Diese subatomaren Teilchen unterliegen anderen Regeln als die Gesetze der Physik.
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Zum Beispiel besagt die Quantentheorie, dass Teilchen wie Elektronen sowohl Teilchen- als auch Wellennatur haben und gleichzeitig an zwei Orten existieren können. Dies passt nicht gut in die Makrowelt, in der wir lebenDie Objekte um uns herum, sei es ein Tisch oder ein Ball, existieren jeweils nur an einem Ort.
Ein weiterer Aspekt der Quantenmechanik ist, dass sie die Schwerkraft nicht erklärt. Laut der Quantenmechanik sind der Durchgang von Zeit und Raum festgelegt.
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jedoch laut Einstein Raum und Zeit sind relativ. Darüber hinaus kann sich der Raum verbiegen und verziehen. Dies ist offensichtlich eine Kontraktion der Sichtweise der Quantentheorie.
Und hier kommen die Fehler ins Spiel, über die wir gesprochen haben. Wie können Wissenschaftler diese Lücke schließen?
Die verwirrende Schlussfolgerung
Wir können nicht beide Theorien außer Acht lassen, da beide in ihrem eigenen Ökosystem gleich richtig sind. Wenn wir größere Objekte nehmen, gibt uns die Relativitätstheorie genaue Informationen darüber, wie das Objekt bei Vorhandensein bestimmter Kräfte reagiert und sich verhält.
Und wenn wir die kleinsten Teilchen im Universum untersuchen, zeichnet die Quantenmechanik ein klares Bild ihrer Existenz und ihrer Wechselwirkung miteinander. Ohne die Quantenmechanik können wir nicht das gleiche Verständnis für den Quantenbereich haben, das wir heute haben.
Wenn jedoch Mikro- und Makromechanik interagieren, liefern sie keine gegenseitigen Antworten, was zu Fehlern bei den Berechnungen und Ergebnissen führt. Woraus schließen wir also?
Selbst jetzt, mit all unserer technologischen Kraft, bleiben die Fehler der Quantenmechanik, wenn sie auf Makro-Proportionen skaliert werden, schwer fassbar.
Es gibt nur zwei echte Erklärungen Wir müssen uns mit dem Problem auseinandersetzen.
Entweder ist die Quantenmechanik nicht universell anwendbar und kann daher nicht auf große Objekte angewendet werden. Die andere Erklärung für diese Fehler ist, dass der Physik klare Fakten und bestimmte Möglichkeiten fehlen, die wir nicht erkennen können.
Die einzige Lösung für dieses Problem besteht darin, die Verwendung der Quantenmechanik zur Bewertung von Objekten bestimmter Größen einzuschränken.
Umgang mit Fehlern im Quantencomputer
Es gibt jedoch ein Gebiet, in dem die Quantenmechanik im Laufe der Jahre zunehmend eingesetzt wird - Quantencomputer . Genau wie ein Personal Computer werden auch Quantencomputer mit unvollständigen Teilen gebaut.
Der Hauptunterschied besteht darin, dass es ein gut etabliertes System gibt, das nur zur Behebung der Fehler auf PCs reserviert ist, während dies für Quantencomputer nicht gilt.
Quantencomputer verarbeiten Informationen in Form von Qubits. Die Qubits können weder Eins noch Null werden und verlassen dazwischen liegende Zustände.
Qubits reagieren jedoch sehr empfindlich auf äußere Kräfte oder die Umgebung selbst. Dies ebnet den Weg für Fehler, die mit den Ergebnissen übereinstimmen.
Die Verwendung von logischen Qubits
Ein leitender Wissenschaftler in der Forschungsgruppe von Andreas Wallraff namens Sebastian Krinner könnte die Antwort auf diese Frage haben. Er ist der erste Gewinner des Lopez-Loreta-Preises an der ETH Zürich und hat ein Konzept entwickelt, mit dem Quantencomputer weniger machen könnenFehler.
Seine Idee ist es, eine neue Art von Qubit namens a einzuführen. Logisches Qubit . Ein logisches Qubit ist eine Sammlung des einzelnen Qubits.
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Anstatt einzeln zu arbeiten, arbeiten sie im Einklang und senken so die Fehlerrate im Prozess. Voraussetzung für das Funktionieren des Logic Qubit ist jedoch, dass sie von Anfang an über eine hohe Zuverlässigkeitsrate verfügen.
Wenn sie eine Fehlerrate von mehr als einem Prozent haben, führt das Logic Qubit zu mehr Fehlern, was kontraproduktiv ist. Es werden Experimente durchgeführt, um die Logic Qubits zu testen und ihre Auswirkungen auf das Quantencomputing zu untersuchen.
Einfangen von Ionenstrings zur Fehlererkennung und -korrektur
Eine andere Methode ist entwickelt um Fehler in Quantencomputern im laufenden Betrieb zu beheben. Die Doktoranden Vlad Negnevitsky und Matteo Marinelli entwickelten mit Hilfe von Postdoc Karan Mehta und anderen Kollegen ein System, mit dem sie die Eigenschaften von zwei verschiedenen Arten in einer Kette, Beryllium, messen könnenIonen 9Be + und ein Calciumion 40Ca +.
Der Vorteil der Messung von zwei Arten besteht darin, dass die Forscher durch die Verwendung von Quanteneigenschaften durch Messung der Eigenschaften eines Elements den Zustand des anderen Elements erkennen können, ohne es zu stören.
Durch die Überwachung von Calciumionen erhalten die Forscher beispielsweise Informationen zu den Berylliumionen. Das Beste daran ist, dass die Ionen für mehrere Tests gehalten werden können, ohne die Berylliumionen zu stören, was mit herkömmlichen Quantencomputertests nicht möglich war.
Das Team hat auch ein Kontrollsystem entwickelt, das die Berylliumionen korrigiert, sobald sie vom Kurs abweichen. Diese Form der Fehlererkennung und -korrektur war im Quantencomputer etwas Unbekanntes.
Es ist klar, dass die Quantenmechanik einen Teil der Fehler mit sich bringt, aber die Rechenleistung, die sie auf den Tisch bringt, macht sie zur einzigen fähigen Methode zur Lösung komplexer Probleme.
Mit Forschung auf der ganzen Welt zu tun Quantenfehler erkennen und korrigieren Wir bewegen uns definitiv schneller in Richtung praktisches Quantencomputing.