Forskere øger chancerne for kvanteberegning

Forskning ledet af University of Adelaide har flyttet verden et skridt tættere på pålidelig, højtydende kvanteberegning.

Et internationalt team har udviklet en banebrydende single-elektron "pumpe". Elektronpumpeenheden udviklet af forskerne kan producere en milliard elektroner i sekundet og bruger kvantemekanik til at styre dem en efter en. Og det er så præcist, at de har været i stand til at bruge denne enhed til at måle begrænsningerne ved det nuværende elektronikudstyr.

Dette baner vejen for fremtidige applikationer til behandling af kvanteoplysninger, herunder i forsvaret, cybersikkerhed og kryptering, og big data analyse.

"Denne forskning bringer os et skridt tættere på den hellige gral - pålidelig, højtydende quantum computing, "siger projektleder Dr. Giuseppe C. Tettamanzi, Seniorforsker, ved University of Adelaides Institute for Photonics and Advanced Sensing.

Udgivet i tidsskriftet Nano bogstaver , forskerne rapporterer også observationer af elektronadfærd, der aldrig er set før - et centralt fund for dem rundt om i verden, der arbejder med kvanteberegning.

"Quantum computing, eller mere generelt kvanteinformationsbehandling, giver os mulighed for at løse problemer, der bare ikke vil være mulige under klassiske computersystemer, "siger Dr. Tettamanzi.

"Det fungerer i en skala, der er tæt på et atom, og i denne skala, normal fysik går ud af vinduet, og kvantemekanik spiller ind.

"For at angive dens potentielle beregningskraft, konventionel computing fungerer på instruktioner og data skrevet i en serie af 1'er og 0'er - tænk på det som en række tænd- og slukkontakter; i kvanteberegning er alle mulige værdier mellem 0 og 1 tilgængelige. Vi kan derefter øge eksponentielt antallet af beregninger, der kan udføres samtidigt. "

Dette University of Adelaide -team, i samarbejde med University of Cambridge, Aalto -universitetet i Finland, University of New South Wales, og Letlands universitet, arbejder inden for et voksende felt kaldet elektronkvanteoptik. Dette indebærer kontrolleret forberedelse, manipulation og måling af enkeltelektroner. Selvom der er blevet afsat en betydelig mængde arbejde verden over for at forstå elektronisk kvantetransport, der er meget, der stadig skal forstås og opnås.

"At opnå fuld kontrol over elektroner i disse nanosystemer vil være yderst fordelagtigt for realistisk implementering af en skalerbar kvantecomputer. Vi, selvfølgelig, har kontrolleret elektroner i de sidste 150 år, lige siden elektricitet blev opdaget. Men, i denne lille skala, de gamle fysikregler kan smides ud, "siger Dr. Tettamanzi.

"Vores endelige mål er at levere en strøm af elektroner, der er pålidelige, kontinuerlig og konsekvent - og i denne forskning, det er lykkedes os at gå et stort skridt mod realistisk kvanteberegning.

"Og, måske lige så spændende, undervejs har vi opdaget nye kvanteeffekter, der aldrig er observeret før, hvor, ved bestemte frekvenser, der er konkurrence mellem forskellige tilstande om indfangning af de samme elektroner. Denne observation vil hjælpe med fremskridt inden for dette spilskiftende felt. "