Wetenschappers hebben het grootste en meest complexe quantum-computernetwerk tot nu toe gemaakt door 20 verschillende verstrengelde quantumbits, of qubits, met elkaar te laten praten.
Het team kon vervolgens de informatie in al die zogenaamde qubits voorlezen, waardoor een prototype van quantum "kortetermijngeheugen" voor de computer werd gecreëerd. Hoewel eerdere inspanningen grotere groepen deeltjes in ultrakoude lasers hebben verstrikt, is dit de eerste keer dat onderzoekers hebben bevestigd dat ze inderdaad in een netwerk zitten.
Hun studie, gepubliceerd op 10 april in het tijdschrift Physics Review X, duwt quantumcomputers naar een nieuw niveau, dichter bij het zogenaamde "quantumvoordeel", waar qubits beter presteren dan de klassieke bits van op siliciumchips gebaseerde computers, aldus de onderzoekers. .
Van bits tot qubits
Traditioneel computergebruik is gebaseerd op een binaire taal van nullen en enen - een alfabet met slechts twee letters, of een reeks bollen die naar de noord- of zuidpool is omgedraaid. Moderne computers gebruiken deze taal door de stroom van elektriciteit door metalen en siliciumcircuits te sturen of te stoppen, de magnetische polariteit te veranderen of andere mechanismen te gebruiken die een dubbele "aan of uit" -toestand hebben.
Quantumcomputers gebruiken echter een andere taal - met een oneindig aantal 'letters'.
Als binaire talen de noord- en zuidpool van de globes gebruiken, dan zou quantum computing alle tussenliggende punten gebruiken. Het doel van quantum computing is om ook het hele gebied tussen de polen te benutten.
Maar waar zou zo'n taal geschreven kunnen worden? Het is niet zo dat je kwantummaterie kunt vinden in de ijzerhandel. Het team heeft dus calciumionen gevangen met laserstralen. Door deze ionen met energie te pulseren, kunnen ze elektronen van de ene laag naar de andere verplaatsen.
In de natuurkunde van de middelbare school stuiteren elektronen tussen twee lagen, als een auto die van rijstrook verandert. Maar in werkelijkheid bestaan elektronen niet op één plaats of één laag - ze bestaan in veel tegelijk, een fenomeen dat bekend staat als kwantumsuperpositie. Dit vreemde kwantumgedrag biedt een kans om een nieuwe computertaal te bedenken - een die oneindige mogelijkheden gebruikt. Terwijl klassieke computers bits gebruiken, worden deze calciumionen in superpositie quantumbits of qubits. Hoewel in het verleden eerder zulke qubits waren gemaakt, is het de kunst om een computer te maken om deze qubits met elkaar te laten praten.
"Het hebben van al deze individuele ionen op zich is niet echt waar je in geïnteresseerd bent", vertelde Nicolai Friis, eerste auteur van het papier en een senior onderzoeker aan het Institute for Quantum Optics and Quantum Information in Wenen, WordsSideKick.com. 'Als ze niet met elkaar praten, dan is het enige wat je ermee kunt doen een erg dure klassieke berekening.'
Pratende stukjes
Om de qubits te laten 'praten', vertrouwde men in dit geval op een ander bizar gevolg van de kwantummechanica, verstrengeling genoemd. Verstrengeling is wanneer twee (of meer) deeltjes op een gecoördineerde, afhankelijke manier lijken te werken, zelfs wanneer ze van elkaar zijn gescheiden door grote afstanden. De meeste experts denken dat verstrengelde deeltjes de sleutel zullen zijn als quantum computing-katapulten van laboratoriumexperiment tot computerrevolutie.
"Twintig jaar geleden was verstrengeling van twee deeltjes een groot probleem," vertelde co-auteur Rainer Blatt, een natuurkundeprofessor aan de Universiteit van Innsbruck in Oostenrijk, aan WordsSideKick.com. "Maar als je echt een quantumcomputer wilt bouwen, moet je niet alleen met vijf, acht, tien of vijftien qubits werken. Uiteindelijk zullen we met nog veel meer qubits moeten werken."
Het team slaagde erin om 20 deeltjes samen te verstrikken in een gecontroleerd netwerk - nog steeds geen echte kwantumcomputer maar het grootste netwerk tot nu toe. En hoewel ze nog moeten bevestigen dat alle 20 volledig met elkaar verweven zijn, is het een solide stap in de richting van de supercomputers van de toekomst. Tot op heden presteerden qubits niet beter dan klassieke computerbits, maar Blatt zei dat dat moment - vaak het kwantumvoordeel genoemd - eraan komt.
"Een quantumcomputer zal nooit klassieke computers vervangen; het zal ze toevoegen", zei Blatt. 'Deze dingen kunnen worden gedaan.'
