Categorie archieven: kwantumcomputer

En weer een record met kwantumcomputers

Geplaatst op door
Beantwoorden

Er wordt een hoop onzin verteld over de kwantumcomputer. Die is niet dé oplossing voor al onze rekenproblemen, maar even zo goed zijn er wel een paar dingen die dat ‘beestje’ beter kan dan de ouderwetse 0-1-machines die we nu gebruiken.
Het kwantumkind ontwikkelt zich met horten en stoten. Er is weer eens een record gebroken door een kwantumcomputer van het Amerikaanse bedrijf D-Wave Systems, dat al jaren stevig aan de kwantumweg timmert. Het zou zijn gebleken dat de kwantumcomputer van het bedrijf in één geval een optimalisering 3600 maal sneller voor elkaar had dan een ‘oude 1-0-stuntel’ van IBM. Catherine C. McGeoch van het Amherst College, die bij de ‘wedstrijd’ betrokken was, stelde echter dat het niet gaat om kwantum of geen kwantum, maar hoe goed het werkt. “Dit is niet het definitieve oordeel over kwantumrekenen”, zei ze tegen de New York Times.
Kwantumcomputer soms (veel) sneller
Optimalisering lijkt een van de terreinen te zijn waarop kwantumcomputers beter zijn dan de digitale. McGoech heeft drie optimaliseringsproblemen aan de twee rivaliserende computers voorgelegd. In twee daarvan was de kwantumcomputer iets sneller, in de derde, dus, aanmerkelijk rapper.
Het Amerikaanse bedrijf D-Wave heeft de afgelopen jaren nogal eens kritiek gehad. Zo zouden hun eerste protocomputers geen echte kwantumcomputer zijn geweest. Het bedrijf liet zich niet graag in zijn kaart (=het binnenste van de computer) kijken. Tegenwoordig zou volgens de New York Times veel minder reden voor skepsis zijn. Het bedrijf schijnt zelfs een werkende kwantumcomputer aan Lockeed Martin te hebben verkocht.
McGeoch test al jaren de prestaties van computers. Ze denkt dat de kwantumcomputers nog beter kunnen worden. Dan zou best kunnen, maar dan toch zeker op een enkel terrein. Hét grote probleem van de kwantumcomputer is zijn gebrekkige stabiliteit. In theorie kan dat ding van alles, maar bouw maar eens een betrouwbaar, stabiel systeem. Dat is de grote uitdaging zegt ook iemand in een reactie op het webartikel van de New York Times.

Bron: New York Times

Kwantumcomputer (weer) een stapje dichterbij

Geplaatst op door
Beantwoorden

Er is volop activiteit op het gebied van kwantumcomputers, maar of die magische (en sterk overschatte) computer daarmee dichterbij komt, is nog maar de vraag. Nu weer kondigen onderzoekers van de Australische universiteit van New South Wales aan dat ze een werkende kwantumbit hebben gefabriceerd van een enkele atoomkern. Zo’n kern draait, linksom of rechtsom. Die zogeheten kernspin heeft dus twee posities (+ en – of 1 en 0). Dat lijkt op de ‘ouderwetse’ computer, met dat verschil dat de kwantumwereld een bijzonder vreemde is. In die wereld kan de spin én + én – zijn, de zogeheten superpositie.
Toch blijk je met die onzekerheid een ‘kwantumhardeschijf’ te kunnen bouwen (want daar gaat het hier eigenlijk om). Om die kwantumbit uit te lezen gebruikten de Australiërs kernspinresonatie; een techniek die al langer in gebruik is bij chemici, maar sinds de introductie in de medische techniek (MRI) ook bij de gewone aardbewoner bekend is. Met die techniek manipuleerden ze de afzonderlijke kwantumbits (fosforkernen) bedoeld om het opslaan van gegevens na te bootsen en het weer uitlezen van die gegevens. “We bereikten een uitleesbetrouwbaarheid van 99,8%”, stelt hoogleraar Andrew Dzurak. Die gerealiseerde nauwkeurigheid is even hoog als bij wat tot nu toe als de ideale kwantumbit wordt beschouwd: de ionval, een atoom in een elektromagnetische ‘val’ in een vacuümkamer, waarvoor in 2012 de Nobelprijs voor de natuurkunde werd uitgereikt.

Prof.Dzurak, student Jarryd Pla en Andrea Morello bij hun apparatuur

“Onze kwantumbit is even nauwkeurig als de ionvalqubit, maar je hebt geen vacuümkamer nodig en alles is te doen met de siliciumtechnologie zoals die nu gebruikelijk is”, zegt Dzuraks collega-onderzoeker Andrea Morello. Volgens de onderzoekers zou de gebruikte techniek volledig ongevoelig zijn voor verstoringen van buitenaf, een nogal hachelijk punt in de kwantumtechnologie.
De kernspinbits zijn vooral geschikt voor de opslag van gegevens, zo denken de onderzoekers. Voor het rekendeel van de kwantumcomputers komen kwantumbits die werken met de draaiing van elektronen (elektronspins) eerder in aanmerking, zo is hun verwachting. Eerder berichten de Australische onderzoekers, die samenwerken met de universiteit van Melbourne, over de ontwikkeling van een elektronspinkwantumbit. De Australische onderzoekers, die de kwantumbits in ‘eigen huis’ vervaardigen, werken aan de verbetering van de nauwkeurigheid door nog zuiverder silicium te gebruiken.
Dat is mooi, maar voorlopig is die kwantumcomputer er nog niet…

Bron: Eurekalert

Het kwantumgeheugen krijgt ‘vorm’

Geplaatst op door
Beantwoorden

Kwantumgeheugen Onderzoekers van het Amerikaanse instituut voor normen en technologie in Boulder en de naburige universiteit van Colorado hebben, naar eigen zeggen, voor het eerst een mechanisch kwantumgeheugenelement gemaakt, waarop gegevens van een kwantumcomputer kunnen worden opgeslagen en, zoals het hoort, ook weer kunnen worden gebruikt, zo meldt physicsworld.com. Het gaat om een mechanische oscillator, die bestaat uit een uiterst dun schijfje aluminium, dat verbonden is met een mikrogolfcircuit. De kwantuminformatie wordt omgezet in een mikrogolfsignaal dat naar het schijfje wordt getransporteerd, dat vervolgens gaat trillen als een trommelvel. De informatie kan weer worden gebruikt door de kwantumcomputer, door de trilling weer om te zetten in mikrogolven.
Het grote probleem met het opslaan van kwantumbits is dat dat nogal snel gestoord wordt door de ‘boze’, makroskopische buitenwereld. De ’trommelvellen’ die Konrad Lehnert en zijn collega’s hebben gebouwd ‘leven’ in een tussenwereld: klein genoeg om zich als kwantumsystemen te gedragen en groot genoeg om ze op een chip te zetten en te verbinden met andere kwantumbits. Elk schijfje weegt 48 pg (1 pg is 10 tot de -12de gram), heeft een doorsnede van 15 µg en is 0,1 µm dik (µ betekent een factor van 10 tot de -6de). Het geheugenelement werkt bij 25 graden boven het absolute nulpunt (- 248°C).
De kwantuminformatie wordt eerst gecodeerd in de vorm van een amplitude en fase van een mikrogolfpuls. Deze puls wordt via een golfgeleider naar een spiraalvormig resonantiecircuit gevoerd. Dat is zo ontworpen dat de gehele puls volledig wordt geabsorbeerd en omgezet in een trilling. Om de trilling uit te lezen (weer te gebruiken) wordt met behulp van een tweede mikrogolfsignaal het proces omgekeerd.
Dat geheugen is niet eeuwig. Verre van dat. Het bleek mogelijk de informatie gedurende 25 mikroseconden te bewaren zonder dat die ‘onleesbaar’ werd. Volgens Lehnert komt dat doordat het mikrogolfcircuit niet perfect is. Hij denkt de prestatie van het kwantumgeheugen te kunnen verbeteren, ook al doordat recentelijk nieuwe circuits zijn gedemonstreerd met een honderd keer kleiner informatieverlies dan dat van zijn circuits.
De mechanische circuits zouden ook kunnen worden gebruikt om kwantuminformatie om te zetten in, bijvoorbeeld, licht. Mikrogolven zijn prima geschikt om kwantuminformatie over te brengen in kleine, ‘steenkoude’ elementjes, maar kunnen dat niet over langere afstanden. Daar zou licht kunnen worden gebruikt.
Bron: physicsworld.com

Verstrengelde atomen

Geplaatst op door
Beantwoorden

Met behulp van een lichtdeeltje hebben natuurkundigen Lukas Slodička en Markus Hennrich van de universiteit van Innsbruck, voor zover bekend, voor de eerste keer twee van elkaar gescheiden atomen ‘verstrengeld’ met behulp van één foton (lichtdeeltje). Kwantumverstrengeling houdt in dat de toestand van het ene verstrengelde deeltje iets zegt over die van de ander. De deeltjes zijn, zou je kunnen zeggen, hun ‘onafhankelijkheid’ kwijt. Verstrengeling zou een rol kunnen spelen in, bijvoorbeeld, de communicatie tussen kwantumcomputers.
Volgens de onderzoekers is deze verstrengeling veel effectieverer dan wat tot nu toe vertoond is op dit terrein en is het mogelijk die verstrengeling veel gerichter te doen plaatsvinden.
KwantumverstrengelingLicht van het eerste atoom gaat direct en van het tweede via een spiegel naar de lichtgeleider. Op die manier wordt een afstand van 1 m tussen beide atomen gesimuleerd (foto: Uni Innsbruck)

Verstrengeling is voor ‘gewone mensen’ tamelijk onbegrijpbaar fenomeen waarbij deeltjes zelfs op grote afstand nog ‘weet’ hebben van elkaars kwantumtoestand. De verstrengeling die het tweetal gerealiseerd heeft, wordt veroorzaakt door een enkel foton (lichtdeeltje), zoals in 1999 voorspeld door de theoretici Carlos Cabrillo en Peter Zoller. Om de twee, in dit geval, bariumatomen te verstrengelen, werden ze in een zogeheten ‘ionenval’ gevangen, werd de temperatuur sterk verlaagd en werden de atomen aangeslagen (in een hogere energiestand gebracht). Licht dat ontstaat door terugval naar de niet-aangeslagen toestand van een atoom werd opgevangen in een lichtgeleider. Licht van het andere atoom werd via een spiegel in dezelfde lichtgeleider opgevangen om zo een ‘virtuele’; afstand tussen beide atomen te simuleren van 1 meter (gigantisch voor een atoom). Als de lichtdetector aan het eind van de lichtgeleider niet meer ‘weet’ van welk atoom het licht afkomstig is, betekent dat beide atomen kwantummechanisch verstrengeld zijn.
Het grote voordeel van deze methode is dat er veel minder vaak hoeft te worden gemeten om verstrengeling te constateren dan met de methoden die tot nu toe gebruikt worden.
Bron: Alpha Galileo

KIT ontwikkelt kwantumsensor

Geplaatst op door
Beantwoorden

KwantumsensorAan het Karlsruher instituut voor technologie (KIT) is een sensor ontwikkeld, waar, in principe, op kwantumniveau metingen mee kunnen worden verricht. Bij dit onderzoek is samengewerkt met instituten uit Frankrijk. De uiterst minuscule sensor bestaat uit twee metaalelektroden op zo’n 1 mikrometer (eenduizendste millimeter) van elkaar, die verbonden zijn door een koolstofnanobuisje. In dat buisje is een organisch molecuul gestopt dat een magnetisch metaalatoom bevat. Het buisje wordt in trilling gebracht. Een extern magneetveld beïnvloedt die trilling en daarmee de geleidbaarheid van het nanobuisje. Op die manier zou het omslaan van een elektronspin kunnen worden gedetecteerd.
Die sterke wisselwerking tussen een magnetische spin en een trilling, zou de sensor geschikt maken voor een aantal interessante toepassingsgebieden, zo verwacht het KIT. Zo zou de massa van afzonderlijke moleculen kunnen worden gemeten of zouden magnetische krachten in de nanowereld kunnen worden bepaald. Ook denken de onderzoekers als toepassing aan kwantumbits, de basiseenheid in een kwantumcomputer.
In een artikel in Nature Nanotechnology onderstrepen onderzoeksleider Mario Ruben en medewerkers het belang van dergelijke ontwikkelingen in de kwantumwereld, waarmee nanoeffecten in de wereld van alledag zouden kunnen worden gebruikt. De koppeling van elektronspin, draaiing en trilling zou tot toepassingen kunnen leiden die geen ekwivalent hebben in de macrowereld, zo speculeren de onderzoekers.
Bron: Alpha Galileo