In einem wesentlichen Durchbruch für das Quantencomputing haben Forscher der Universität von Chicago laut einer aktuellen Studie gerade verschränkte Qubit-Zustände über ein Kommunikationskabel gesendet, das einen Quantennetzwerkknoten mit einem anderen verbindet. in der Zeitschrift veröffentlicht Natur .
Die ersten Ergebnisse dieser Studie bringen uns der Verwirklichung des Quantencomputers näher - und legen die entscheidenden Grundlagen für zukünftige Quantenkommunikationsnetze.
Quantum Computing Durchbruch
Qubits - auch Quantenbits genannt - sind die grundlegenden Einheiten der Quanteninformation. Und unter Verwendung ihrer Quanteneigenschaften wie Überlagerung - zusätzlich zu ihrer Fähigkeit zur Verschränkung - bauen Wissenschaftler und Ingenieure die Quantencomputer der nächsten Generation in der Lage, quantitative Probleme zu lösen, die die Fähigkeiten moderner Computer in den Schatten stellen.
Die Forscher, die an der Pritzker School of Molecular Engineering PME der Universität von Chicago UChicago arbeiteten, verstärkten erfolgreich einen verschränkten Zustand mit einem einzigen Kabel, um zwei Qubits in jedem der beiden Knoten zu verwickeln, und verwickelten sich dann weiterdiese Qubits mit anderen Qubits in den Knoten gemäß a Blog-Beitrag auf der UChicago-Website geteilt .
"Die Entwicklung von Methoden, mit denen wir verschränkte Zustände übertragen können, ist für die Skalierung des Quantencomputers von entscheidender Bedeutung", sagte der leitende Wissenschaftler der neuen Forschung, Professor Andrew Cleland.
Quantenzustände in Form von Mikrowellenphotonen übertragen
Die Wissenschaftler des Cleland Lab verwendeten supraleitende Qubits - winzige kryogene Schaltkreise, die zur elektrischen Manipulation fähig sind -, um ihre Forschung abzuschließen.
Um verschränkte Zustände über ein Kommunikationskabel zu übertragen, das ein 1 m langes supraleitendes Kabel war, konstruierten die Forscher ein experimentelles Verfahren, bei dem jeder der beiden Knoten drei supraleitende Qubits hatte. Die Wissenschaftler verbanden ein Qubit in jedem Knotenan das Kabel und übertrug dann Quantenzustände in Form von Mikrowellenphotonen - und erlebte einen minimalen Informationsverlust.
Da Quantenzustände extrem fragil sind, standen die Wissenschaftler vor einer gewaltigen Herausforderung.
Extrem schneller Übertragungsprozess minimiert Informationsverlust
Ein ehemaliger Postdoktorand von Cleland namens Youpeng Zhong baute ein System auf, bei dem der gesamte Übertragungsprozess - von einem Knoten über das Kabel zum anderen Knoten - nur einige zehn Nanosekunden oder eine Milliardstel Sekunde dauerte.
Um diese Geschwindigkeit ins rechte Licht zu rücken, dauert eine menschliche Lebensspanne nicht einmal eine Milliarde Minuten. Diese extrem kurze Zeitspanne ermöglichte es dem Forschungsteam, zu senden. verschränkte Quantenzustände ohne zu viele Informationen zu verlieren.
Das Forschersystem ermöglichte es ihnen auch, die Qubit-Verschränkung zu "verstärken". Mit anderen Worten, sie verwickelten die Qubits in beiden Knoten zusammen, indem sie im Grunde ein halbes Proton durch das Kabel schickten. Dann sie erweiterte diese Verstrickung zu den anderen Qubits in beiden Knoten und nach Abschluss des Prozesses wurden alle sechs Qubits in den beiden Knoten in einen einzigen "global" verschränkten Zustand verwickelt.
Die Quantencomputer-Revolution kommt
In Zukunft werden Wissenschaftler und wahrscheinlich kommerzielle Einheiten wahrscheinlich Quantencomputer aus Modulen bauen - wobei "Familien" von verschränkten Qubits eine äußerst komplexe Berechnung durchführen. Diese zukünftigen Computer können schließlich aus vielen solchen vernetzten Modulen bestehen - wieModerne Supercomputer führen paralleles Rechnen über viele miteinander verbundene Zentraleinheiten durch.
"Diese Module müssen komplexe Quantenzustände aneinander senden, und dies ist ein großer Schritt in diese Richtung", sagte Cleland im Blogbeitrag. "Wir möchten zeigen, dass supraleitende Qubits in Zukunft eine wichtige Rolle spielen."
Mit dem Kommen Beginn der Quantencomputer theoretische Lösungen für unglaublich komplexe mathematische Probleme - mit erheblicher Relevanz für die theoretische Physik - werden endlich die Rechenleistung haben, die sie benötigen. Die Verschlüsselung wird unsere Kommunikation verändern und dazu beitragen, die Telekommunikationsinfrastruktur und die Straßen sogar auf eine Weise zu verändern. Smart City-Initiativen muss ich mir noch vorstellen.
Dies war eine bahnbrechende Geschichte und wurde regelmäßig aktualisiert, sobald neue Informationen verfügbar wurden.