Ny plan for mere stabile kvantecomputere

Forskere ved Paul Scherrer Institute (PSI) har fremlagt en detaljeret plan for, hvordan hurtigere og bedre definerede kvantebits - qubits - kan skabes. De centrale grundstoffer er magnetiske atomer fra klassen af ​​såkaldte sjældne jordarters metaller, som selektivt ville blive implanteret i et materiales krystalgitter. Hvert af disse atomer repræsenterer en qubit. Forskerne har vist, hvordan disse qubits kan aktiveres, viklet ind, bruges som hukommelsesbits, og læs op. De har nu offentliggjort deres designkoncept og understøttende beregninger i tidsskriftet PRX Quantum.

På vej til kvantecomputere, et indledende krav er at skabe såkaldte kvantebits eller 'qubits':hukommelsesbits, der kan, i modsætning til klassiske dele, antage ikke kun de binære værdier af nul og en, men også enhver vilkårlig kombination af disse tilstande. "Med dette, en helt ny form for beregning og databehandling bliver mulig, hvilket for specifikke applikationer betyder en enorm acceleration af computerkraft, " forklarer PSI-forsker Manuel Grimm, første forfatter til et nyt papir om emnet qubits.

Forfatterne beskriver, hvordan logiske bits og grundlæggende computeroperationer på dem kan realiseres i et magnetisk fast stof:qubits vil ligge på individuelle atomer fra klassen af ​​sjældne jordarters grundstoffer, indbygget i krystalgitteret af et værtsmateriale. På grundlag af kvantefysikken, forfatterne beregner, at atomspin af sjældne jordarters atomer ville være egnet til brug som informationsbærer, det er, en qubit. De foreslår endvidere, at målrettede laserimpulser midlertidigt kunne overføre informationen til atomets elektroner og dermed aktivere qubits, hvorved deres information bliver synlig for omgivende atomer. To sådanne aktiverede qubits kommunikerer med hinanden og kan således "vikles ind". Entanglement er en særlig egenskab ved kvantesystemer med flere partikler eller qubits, som er essentiel for kvantecomputere:Resultatet af at måle en qubit afhænger direkte af måleresultaterne af andre qubits, og omvendt.

Hurtigere betyder mindre fejltilbøjelige

Forskerne demonstrerer, hvordan disse qubits kan bruges til at producere logiske porte, mest bemærkelsesværdigt den 'kontrollerede NOT-port' (CNOT-porten). Logiske porte er de grundlæggende byggesten, som klassiske computere også bruger til at udføre beregninger. Hvis tilstrækkeligt mange sådanne CNOT-gates såvel som single-qubit-gates kombineres, enhver tænkelig beregningsoperation bliver mulig. De danner således grundlaget for kvantecomputere.

Dette papir er ikke det første, der foreslår kvantebaserede logiske porte. "Vores metode til at aktivere og sammenfiltre qubits, imidlertid, har en afgørende fordel i forhold til tidligere sammenlignelige forslag:Det er mindst ti gange hurtigere, " siger Grimm. Fordelen, selvom, er ikke kun den hastighed, hvormed en kvantecomputer baseret på dette koncept kunne beregne; først og fremmest, den adresserer systemets modtagelighed for fejl. "Qubits er ikke særlig stabile. Hvis sammenfiltringsprocesserne er for langsomme, der er større sandsynlighed for, at nogle af qubits vil miste deres information i mellemtiden, " forklarer Grimm. I sidste ende, hvad PSI-forskerne har opdaget er en måde at gøre denne type kvantecomputere ikke kun mindst ti gange så hurtige som sammenlignelige systemer, men også mindre fejltilbøjelige af samme faktor.