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| Nanooptics and Nanophotonics
Phase Vers Établir des Ordinateurs de Quantum
Published on August 6, 2009 at 8:06 PM
Augmentant prospecte pour établir un ordinateur pratique de tranche de temps, physiciens au National Institute of Standards and Technology (NIST) ont expliqué des fonctionnements de traitement de l'information supportés et fiables sur les atomes électriquement chargés (ions). Les travaux récents, décrits dans la question du 6 août de la Science Exprès, * surmonte les sauts significatifs dans l'évaluation vers le haut de la technologie d'ion-piégeage de petites démonstrations à de plus grands compilateurs de tranche de temps. Les physiciens de NIST expliqués supportés, traitement des données fiable de tranche de temps dans le déroutement d'ion au centre gauche de cette photo, s'améliorant prospecte pour établir un ordinateur pratique de tranche de temps. Les ions sont enfermés à l'intérieur de la fente sombre (3.5mm longs et 200 micromètres larges) entre les disques couverts d'or d'alumine. En changeant les tensions appliquées à chacune des électrodes d'or, les scientifiques peuvent déménager les ions entre les six zones du déroutement. Crédit : J. Jost/NIST Dans la démonstration neuve, les chercheurs de NIST ont à plusieurs reprises exécuté une séquence combinée de cinq fonctionnements de logique de tranche de temps et de dix fonctionnements de transport tout en sûrement mettant à jour le 0s et le 1s des données binaires enregistrées dans les ions, qui servent de bits de tranche de temps (qubits) à un ordinateur hypothétique de tranche de temps, et maintenant la capacité de manipuler ultérieurement cette information. Précédemment, les scientifiques au NIST et ailleurs ont ne pu pas cajoler n'importe quelle technologie de qubit dans exécuter un ensemble complet de fonctionnements de logique de tranche de temps tout en transportant l'information, sans bruits dégradant les procédés postérieurs. « L'amélioration significatif est que nous pouvons continuer à calculer, en dépit du fait que nous faisons beaucoup de transport de qubit, » dit la première auteur Maison Jonathan, un chercheur post-doctoral de NIST. Le groupe de NIST a effectué certaines des expériences les plus précoces sur le traitement des données de tranche de temps et a précédemment expliqué beaucoup de composantes de base requises pour calculer avec les ions enfermés. La recherche neuve combine des avances précédentes avec deux solutions essentielles aux vulnérabilités précédemment continuelles : refroidissement des ions après le transport ainsi leurs propriétés fragiles de tranche de temps peut être utilisé pour des fonctionnements de logique ultérieurs, et enregistrer des valeurs de données dans les conditions spéciales des ions qui sont résistants à l'altération non désirée par des champs magnétiques égarés. En conséquence, les chercheurs de NIST ont maintenant expliqué sur une petite échelle toutes les conditions généralement identifiées pour un compilateur ion-basé de grande puissance de tranche de temps. Précédemment ils pourraient exécuter tous les procédés suivants quelques uns à la fois, mais maintenant ils peuvent exécuter tous ensemble et à plusieurs reprises : (1) « initialisent » des qubits à la condition commençante désirée (0 ou 1), (2) les données de qubit de mémoire en ions, (3) exécutent des fonctionnements de logique sur un ou deux qubits, (4) l'information de transfert entre différents emplacements dans le compilateur, et (5) donné lecture le qubit donne droit individuellement (0 ou 1). Par son utilisation des ions, l'expérience de NIST présente une architecture prometteuse pour un ordinateur de tranche de temps, une machine potentiellement puissante qui théoriquement pourrait résoudre quelques problèmes qui sont actuel insurmontables, comme déchiffrer des indicatifs les plus très utilisés d'aujourd'hui de cryptage. Comptant sur les règles inhabituelles du monde sous-microscopique de tranche de temps, les qubits peuvent agir en tant que 0s et 1s simultanément, à la différence des bits digitaux normaux, qui retiennent seulement une valeur à un moment donné. Les ordinateurs de Quantum dérivent également leur alimentation électrique du fait que des qubits peuvent « être empêtrés, » ainsi leurs propriétés sont jointes, même à une distance. Les Ions sont l'un d'un certain nombre de différents types de systèmes de tranche de temps à l'étude autour du monde pour l'usage comme qubits dans un ordinateur de tranche de temps. Il n'y a aucune convention générale sur laquelle le système s'avérera être le meilleur. Les expériences de NIST décrites dans la Science Exprès ont enregistré les qubits en deux ions de béryllium retenus dans un déroutement avec six zones distinctes. Des champs Électriques sont employés pour déménager les ions d'une zone à l'autre dans le déroutement, et des pouls ultra-violets de laser des fréquences et de la durée particulières sont employés pour manipuler les conditions d'énergie des ions. Les scientifiques ont expliqué les ronds répétés d'une séquence des fonctionnements de logique (quatre fonctionnements uniques-qubit et un fonctionnement de two-qubit) sur les ions et ont constaté que les taux d'erreurs de fonctionnement n'ont pas augmenté pendant qu'ils progressaient par la suite, en dépit de transporter des qubits en travers des distances macroscopiques (960 micromètres, ou presque d'un mm) tout en effectuant les fonctionnements. Les chercheurs de NIST ont appliqué deux innovations principales au traitement de la tranche de temps-information. D'abord, ils ont utilisé deux ions de magnésium d'associé en tant que « réfrigérants » pour refroidir les ions de béryllium après le transport de eux, permettant de ce fait à des fonctionnements de logique de continuer sans n'importe quelle erreur supplémentaire due à la chauffage encourue pendant le transport. Les forces électriques intenses entre les ions ont permis au magnésium laser-refroidi de refroidir les ions de béryllium, et enlèvent de ce fait la chaleur associée avec leur mouvement, sans toucher à l'information stockée de tranche de temps. L'expérience neuve est la première pour appliquer ce « refroidissement bienveillant » en vue des fonctionnements de logique réussis de two-qubit. L'autre innovation significative était l'utilisation de trois paires différentes de conditions d'énergie dans les ions de béryllium de retenir l'information pendant différentes étapes de traitement. Cette information permise à retenir dans les déclarer d'ion qui n'ont pas été modifiés par des variations de champ magnétique pendant la mémoire et le transport d'ion, éliminant une autre source des erreurs de traitement. L'Information a été transférée à différents niveaux énergétiques dans les ions de béryllium pour exécuter des fonctionnements de logique ou donner lecture leurs valeurs de données. L'expérience de NIST a commencé par deux qubits retenus dans des zones indépendantes du déroutement d'ion, ainsi elles pourraient être manipulées individuellement pour initialiser leurs conditions, exécuter des fonctionnements de logique uniques-qubit, et donner lecture donne droit. Les ions ont été alors combinés dans une zone unique de déroutement pour un fonctionnement de logique de two-qubit, et de nouveau séparés et transportés à différentes régions de déroutement pour des fonctionnements de logique uniques-qubit ultérieurs. Pour évaluer l'efficacité des procédés, les scientifiques ont effectué l'expérience 3.150 fois pour chacune de 16 conditions commençantes différentes. Les résultats expérimentaux pour une et deux applications de la séquence des fonctionnements étaient alors comparés entre eux ainsi qu'à un modèle théorique des résultats parfaits. Le compilateur de tranche de temps de NIST a fonctionné avec une exactitude de 94 pour cent, ramenée à une moyenne au-dessus de toutes les itérations de l'expérience. De plus, le taux d'erreurs était le même pour chacune de deux répétitions consécutives de la séquence logique, expliquant que les fonctionnements sont isolés des erreurs qui pourraient avoir été introduites par transport d'ion. Le taux d'erreurs de 6 pour cent n'est pas encore de près du seuil de 0,01 pour cent recensé par des experts pour la tranche de temps insensible aux défaillances calculant, notes À La Maison. La Réduction du taux d'erreurs est un centre de recherche actuelle de NIST. L'Autre sujet dans l'évaluation vers le haut de la technologie pour établir un ordinateur pratique réglera des ions dans de grands, complexes choix de déroutement-travail également étant poursuivi dans le groupe de NIST. Il y a également des défis plus mondains : Les scientifiques de NIST ont avec succès exécuté cinq séries de la logique et de la séquence de transport (un total de 25 fonctionnements de logique plus 4 phases de préparation et d'analyse), mais une tentative de continuer à un sixième rond est tombée en panne l'ordinateur conventionnel utilisé pour régler les lasers et les ions du compilateur de tranche de temps. Néanmoins, la démonstration neuve déménage la technologie d'ion-déroutement sensiblement avant sur le chemin à un grand compilateur de tranche de temps. La recherche a été supportée en partie par l'Activité Avancée par Renseignement de Projets de Recherche. *J.P. Home, D. Hanneke, J.D. Jost, J.M. Amini, D. Leibfried et D.J. Wineland. 2009. Méthodes Complètes réglées pour le traitement des données évolutif de tranche de temps de déroutement d'ion. La Science Exprès. 6 août en ligne Posté.