08:49 2022-11-30
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Noua opera de calcul cuantic este o întorsătură modernă a unui experiment de gândire vechi de 150 de ani
_ Noua opera de calcul cuantic este o întorsătură modernă a unui experiment de gândire vechi de 150 de ani
O echipă de ingineri cuantici de la UNSW Sydney a dezvoltat o metodă de a reseta un computer cuantic, adică de a pregăti un bit cuantic în starea „0” — cu o încredere foarte mare, așa cum este necesar pentru calcule cuantice fiabile. Metoda este surprinzător de simplă: este legată de vechiul concept de „demonul lui Maxwell”, o ființă omniscientă care poate separa un gaz în cald și rece, urmărind viteza moleculelor individuale.
„Aici avem a folosit un „demon” mult mai modern – un voltmetru digital rapid – pentru a urmări temperatura unui electron extras la întâmplare dintr-un bazin cald de electroni. Făcând acest lucru, l-am făcut mult mai rece decât bazinul din care provine și asta corespunde la o mare certitudine că se află în starea de calcul „0””, spune profesorul Andrea Morello de la UNSW, care a condus echipa.
„Computerele cuantice sunt utile doar dacă pot ajunge la rezultatul final cu foarte mult probabilitate scăzută de erori. Și se pot avea operații cuantice aproape perfecte, dar dacă calculul a pornit de la un cod greșit, rezultatul final va fi și el greșit. „Demonul lui Maxwell” digital ne oferă o îmbunătățire de 20 ori în ceea ce privește acuratețea setării începutul calculului.”
Cercetarea a fost publicată în Physical Review X, o jurnală Am publicat de Societatea Americană de Fizică.
Urmând un electron pentru a-l face mai rece
Prof. Echipa lui Morello a fost pionier în utilizarea spinurilor de electroni în siliciu pentru a codifica și manipula informațiile cuantice și a demonstrat o fidelitate record - adică o probabilitate foarte scăzută de erori - în efectuarea operațiilor cuantice. Ultimul obstacol rămas pentru calcule cuantice eficiente cu electroni a fost fidelitatea pregătirii electronului într-o stare cunoscută ca punct de plecare al calculului.
„Modul normal de a pregăti starea cuantică a unui electron este să mergi. la temperaturi extrem de scăzute, aproape de zero absolut, și sperăm că electronii se relaxează cu toții la starea „0” cu energie scăzută”, explică dr. Mark Johnson, principalul autor experimental al lucrării. „Din păcate, chiar și folosind cele mai puternice frigidere, aveam totuși o șansă de 20% să pregătim din greșeală electronul în starea „1”. Acest lucru nu era acceptabil, trebuia să facem mai bine decât atât.”
Dr. Johnson, absolvent al UNSW în Inginerie Electrică, a decis să folosească un instrument digital de măsurare foarte rapid pentru a „viziona” starea electronului și să folosească procesorul decizional în timp real în cadrul instrumentului pentru a decide dacă să păstreze acel electron și să-l folosească. pentru calcule ulterioare. Efectul acestui proces a fost de a reduce probabilitatea de eroare de la 20 la sută la 1 la sută.
O nouă întorsătură a unei idei vechi
„Când am început să scriem rezultatele noastre și ne-am gândit despre cum să le explicăm cel mai bine, ne-am dat seama că ceea ce făcusem a fost o întorsătură modernă a vechii idei despre „demonul lui Maxwell”, spune prof. Morello.
Conceptul de „demonul lui Maxwell” datează. înapoi în 1867, când James Clerk Maxwell și-a imaginat o creatură cu capacitatea de a cunoaște viteza fiecărei molecule individuale dintr-un gaz. Ar lua o cutie plină cu gaz, cu un perete despărțitor în mijloc și o ușă care poate fi deschisă și închisă rapid. Cu cunoștințele sale despre viteza fiecărei molecule, demonul poate deschide ușa pentru a lăsa moleculele lente (reci) să se adune pe o parte și pe cele rapide (fierbinți) pe de altă parte.
„Demonul a fost un experiment de gândire, pentru a dezbate posibilitatea încălcării celei de-a doua legi a termodinamicii, dar, desigur, un astfel de demon nu a existat vreodată”, spune prof. Morello.
„Acum, folosind electronice digitale rapide, avem în unele simțul a creat unul. L-am însărcinat cu sarcina de a urmări doar un electron și de a ne asigura că este cât se poate de rece. Aici, „rece” se traduce direct prin faptul că se află în starea „0” a computerului cuantic pe care vrem să-l facem. construiți și operați.”
Implicațiile acestui rezultat sunt foarte importante pentru viabilitatea computerelor cuantice. O astfel de mașină poate fi construită cu capacitatea de a tolera unele erori, dar numai dacă acestea sunt suficient de rare. Pragul tipic pentru toleranța la erori este de aproximativ 1 la sută. Acest lucru se aplică tuturor erorilor, inclusiv pregătirii, operațiunii și citirea rezultatului final.
Această versiune electronică a „demonului lui Maxwell” a permis echipei UNSW să reducă erorile de pregătire de douăzeci de ori, de la 20% la 1 la sută.
„Doar folosind un instrument electronic modern, fără complexitate suplimentară în stratul hardware cuantic, am reușit să pregătim biții noștri cuantici de electroni cu o precizie suficient de bună pentru a permite un proces ulterioar de încredere. calcul", spune dr. Johnson.
"Acesta este un rezultat important pentru viitorul calculului cuantic. Și este destul de ciudat că reprezintă, de asemenea, întruchiparea unei idei de acum 150 de ani!"
Comentarii:
Adauga Comentariu