Quantum Computing hat einen großen Sprung nach vorn dank eines Teams von University of Surrey Forscher geführt von Dr. Steve Chick und Professor Ben Murdin. Sie haben erfolgreich manipuliert Phosphoratome innerhalb von Siliziumkristallen (das Material, aus dem die vorhandenen digitalen Computerschaltungen bestehen) und durch Steuerung ihrer Form und Größe zum „Tanzen“ gebracht werden.
Die verwendete Methode wird als "Oberflächencode" -Quantenberechnung bezeichnet und umfasst das Platzieren mehrerer Elemente in einem festen Gitter aus Siliziumkristallen und Mit der Tanzbewegung der Atome zu kontrollieren, wie sie interagieren.
Die Forschung ist aus zwei Gründen bahnbrechend.
Zunächst zeigt sich, dass Quantencomputer mit gängigen und beliebten Materialien gebaut werden können, die die Produktionsfähigkeit erhöhen und die Herstellungskosten senken.
Zweitens ermöglicht die Verwendung von Siliziumkristallen eine nahtlose Integration zwischen Digital- und Quantencomputern.
Digitale Computer arbeiten mit Schaltern, die als "Bits" bezeichnet werden und sich in einem von zwei möglichen Zuständen befinden können - der Schalter kann ein- oder ausgeschaltet sein. Quantencomputer verwenden dagegen Schalter, die als "Qubits" bezeichnet werden - Quantenbits - und die aus einem einzigen Atom bestehen und nicht aus einem Metallschalter. Was Qubits gegenüber herkömmlichen Bits vorteilhaft macht, ist, dass Qubits in vorhanden sein können nach drei Zustände - ein, aus oder beide gleichzeitig. Dies erhöht die Rechenleistung exponentiell, indem das als "Superposition" bekannte Quantenparadoxon ausgenutzt wird.
Was ist Überlagerung?
"Überlagerung" ist das Phänomen, bei dem ein Teilchen jeden ihm gleichzeitig zur Verfügung stehenden möglichen Existenzzustand verkörpert. Nur bei Beobachtung kollabieren Partikel aus der Überlagerung in einen dieser möglichen Zustände.
Der Physiker Erwin Schrödinger schuf das berühmte Gedankenexperiment „Schrödinger's Cat“, um die Überlagerung zu kontextualisieren. Das Experiment läuft wie folgt ab: Stellen Sie sich vor, eine Katze, die die gleiche Chance hat, lebendig oder tot zu sein, befindet sich in einer Kiste. Bis jemand die Kiste öffnet und den Zustand der Katze bestätigt, lebt die Katze gleichzeitig und Toten.
Denken Sie auch an die Überlagerung - erinnern Sie sich an den Irren von Harry Potter und den Gefangenen von Askaban, das sich in seiner Gestalt verändernde Monster, das die Form von allem annimmt, was die Person, die es beobachtet, am meisten fürchtet? Wie JK Rowling schreibt mit der stimme von professor lupin „hat der dummkopf, der in der dunkelheit im inneren sitzt, noch keine form angenommen. Er weiß noch nicht, was die Person auf der anderen Seite der Tür erschrecken wird. Niemand weiß, wie ein Mistkerl aussieht, wenn er allein ist, aber wenn ich ihn rauslasse, wird er sofort zu dem, was jeder von uns am meisten fürchtet. “
Ich kann nicht anders, als mich zu fragen, ob Rowlings Erschaffung dieser Kreatur von der Quantenüberlagerung inspiriert wurde, weil sie eine totale Darstellung des Phänomens ist. Subatomare Teilchen existieren wie ein Trottel in einem ätherischen Zustand der Möglichkeit, wenn sie nicht beobachtet werden. Unmittelbar nach der Beobachtung kollabiert jedoch ein Teilchen aus der Überlagerung und setzt sich in einer konsistenten Materialform ab.
Das beste konkrete Beispiel für das Überlagerungsphänomen ist, wie oben erläutert, im Quantencomputer.
Implikationen der Forschung
Laut Chick und Murdin würde die Verwendung von Siliziumkristallen im Quantencomputer die Kompatibilität von Digital- und Quantencomputern erleichtern. “Eine der großen Herausforderungen der nahen Zukunft für Quantencomputer besteht darin, die Integration in digitale Systeme zu vereinfachen “, so Chick und Murdin gegenüber The University Network (TUN).
Quantencomputer würden aus vielen verschiedenen Gründen von integrierten digitalen Mikroprozessoren profitieren, insbesondere um die Programmierung von Quantencomputern zu vereinfachen. Wenn die Materialien, aus denen Sie Quantencomputer herstellen, die gleichen sind, die wir derzeit für Digitalcomputer verwenden, können Sie buchstäblich beide Computertypen auf demselben Chip herstellen - das spart Platz, Zeit und Kosten.
Die Kosten waren immer ein Faktor, der das Quantencomputing hemmt. Während bisher eine Handvoll Quantencomputer und Quantenschaltungen gebaut wurden, sind diese typischerweise aus sehr teuren und exotischen Metallen hergestellt. Wenn die Kosten für den Bau von Quantencomputern nicht länger unerschwinglich wären, würde dies die Möglichkeit einer Massenproduktion eröffnen. “Durch die Verwendung gängigerer und beliebter Materialien können wir uns keine Gedanken mehr darüber machen, ob unsere Computer in Zukunft mit digitalen Computern kompatibel sein werden “, so Chick und Murdin gegenüber TUN. "Das wird es einfacher und billiger machen, Quantencomputer zu erhalten, wenn sie erst einmal so weit entwickelt sind, dass sie hergestellt werden können."
Auf die Frage, wie sie die Zukunft des Quantencomputers sehen, antworteten Chick und Murdin:Niemand weiß, wann (oder ob) Quantum in rohen Zahlen digital überholt. Die meisten Forscher glauben derzeit, dass Quantencomputer, auch wenn sie zahlenmäßig unterlegen sind, einen großen Unterschied im Leben der Menschen bewirken werden. Einige Unternehmen wie IBM haben vorgeschlagen, dass wir zuerst eine weitverbreitete Nutzung von Quantencomputern feststellen werden, die von vielen Benutzern über das Internet gemeinsam genutzt werden, so wie aktuelle digitale Server verwendet werden. “
Chick freut sich über die Möglichkeiten der Tanzatome. „Meine Lieblingsbeschäftigung bei dieser Arbeit ist die aufregende Art und Weise, wie diese kleinen Jungs mehrere Jobs gleichzeitig erledigen, und ich freue mich darauf, die Natur auf neue Weise zu nutzen, um das zu tun, was wir wollen, und neue aufregende physikalische Probleme zu lösen auf dem Weg zu lösen! ”, sagte er zu TUN.
