Акция
Блог
Процитировать
Печать
Электронная почта
ЗакладкаНаука Каждый День (6 февраля 2010) — главное препятствие в честолюбивых поисках, чтобы проектировать и построить радикально новый вид квантового компьютера находило способ управлять единственными электронами, которые очень вероятно составят компоненты обработки новых машин или "qubits".
- Физика
- Квантовая Физика
- Квантовое Вычисление
- Квантовые Компьютеры
- Шифрование
- Взламывание
- Просмотр микроскопа туннелирования
- Список состояний вещества
- Атомный орбитальный
- Электропроводность
Университетский Джейсон Петта Принстона обнаружил, как сделать только, что - демонстрация метода, который изменяет свойства одинокого электрона, не нарушая триллионы электронов в его непосредственной среде. Подвиг является существенным для развития будущих вариантов сверхбыстрых компьютеров с почти безграничными мощностями для данных.
Petta, доцент физики, вылепил новый метод заманивания в ловушку одного или двух электронов в микроскопических загонах, созданных, применяя напряжения к крохотным электродам. Сочиняя в выпуске 5 февраля Науки, он описывает, как электроны, пойманные в ловушку в этой форме загонов ", прядут qubits," квантовые версии классических компьютерных информационных единиц, известных как биты. Другие авторы на бумаге включают Художественный Лютеций Gossard и Гонконга в университет Калифорнии-Санта-Барбары.
Предыдущие эксперименты использовали технику, в которой электроны в образце были выставлены микроволновой радиации. Однако, потому что это затрагивало все электроны однородно, техника не могла использоваться, чтобы управлять единственными электронами во вращении qubits. Это также было медленно. Метод Петты не только достигает контроля единственных электронов, но и это делает так чрезвычайно быстро - в миллионном из секунды.
"Если Вы можете взять достаточно маленький объект как единственный электрон и изолировать это достаточно хорошо от внешних волнений, тогда это будет вести себя квант механически в течение длительного периода времени," сказала Петта. "Все, что мы хотим, для электрона, чтобы только сидеть там и сделать то, что мы говорим ему делать. Но внешний мир - вид тыкания в этом, и тот процесс тыкания внешнего мира в этом заставляет это терять свой квант механическая природа."
Когда электроны в эксперименте Петты находятся в том, что он называет их квантовым государством, они являются "последовательными", после правил, которые радикально отличаются от мира, замеченного невооруженным глазом. Живя для фракций секунды в царстве квантовой физики прежде, чем они будут испуганы внешними силами, электроны повинуются уникальному набору физических законов, которые управляют поведением ультрамаленьких объектов.
Ученые как Petta работают в области, известной как квантовый контроль, где они узнают, как управлять материалами под влиянием квантовой механики, таким образом они могут эксплуатировать те свойства привести передовые технологии в действие как квантовое вычисление. Квантовые компьютеры будут разработаны, чтобы использовать в своих интересах эти особенности, чтобы обогатить их мощности разными способами.
В дополнение к электрическому обвинению электроны обладают вращательными свойствами. В квантовом мире объекты могут повернуться способами, которые имеют разногласия с общим опытом. Австрийский теоретический физик Вольфганг Паули, который выиграл Нобелевскую премию в Физике в 1945, предложил, чтобы электрон в квантовом государстве мог принять одно из двух государств - "вращение" или "вращение вниз". Это может быть предположено как ведущий себя как крошечный стержневой магнит с вращением, соответствующим Северному полюсу, указывающему и вращению вниз, соответствующему Северному полюсу, указывающему вниз.
Электрон в квантовом государстве может одновременно быть частично в государстве вращения и частично в государстве вращения вниз или где-нибудь промежуточный, квант механическая собственность, названная "суперположение государств." У qubit основанного на вращении электрона мог быть почти безграничный потенциал, потому что это не может быть ни строго включено, ни строго прочь.
Новые проекты могли использовать в своих интересах богатый набор возможностей, предлагаемых, используя эту собственность увеличить вычислительную власть. В прошлое десятилетие, теоретики и математики проектировали алгоритмы, которые эксплуатируют это таинственное суперположение, чтобы выполнить запутанные вычисления на скоростях, непревзойденных суперкомпьютерами сегодня.
Работа Петты использует электронное вращение, чтобы способствовать.
"В поисках, чтобы построить квантовый компьютер с электронным вращением qubits, ядерные вращения типично - неприятность," сказал Гуидо Буркард, теоретический физик в университете Konstanz в Германии. "Petta и сотрудники демонстрируют новый метод, который использует ядерные вращения для того, чтобы выполнить быстрые квантовые операции. Для квантового вычисления твердого тела их результат - большой шаг вперед."
Вращение Петты qubits, который он предполагает как ядро будущих квантовых элементов логики, охлаждено к температурам около абсолютного ноля и поймано в ловушку в двух крошечных загонах, известных как квантовые колодцы на поверхности высокой чистоты, чипа арсенида галлия. Глубина каждого хорошо управляется, изменяя напряжение на крошечных электродах или воротах. Как жонглер, бросающий два шара между его руками, Петта может переместить электроны от одного хорошо к другому выборочно toggling напряжения ворот.
До этого эксперимента не было ясно, как экспериментаторы могли управлять вращением одного электрона, не нарушая вращение другого в плотно упакованном месте, согласно Phuan Ong, Профессору Юджина Хиггинса Физики в Принстоне и директоре Центра Принстона Сложных Материалов.
Другие эксперты соглашаются.
"Им удалось создать очень экзотическое переходное условие, в котором государство вращения пары электронов в тот момент запутано с почти макроскопической степенью свободы," сказал Дэвид Дивенкензо, сотрудник исследования в IBM Thomas J. Исследовательский центр Уотсона в Высотах Yorktown, Нью-Йорке.
Исследование Петты также - часть неоперившейся области "spintronics", в котором ученые учатся, как использовать вращение электрона, чтобы создать новые типы электронных устройств. Большинство электрических устройств сегодня работает на основе другой ключевой собственности электрона - его обвинение.
Есть еще много проблем стоять, сказала Петта.
"Наш подход должен действительно смотреть на стандартные блоки системы, чтобы думать глубоко о том, что ограничения и что мы можем сделать, чтобы преодолеть их," сказала Петта. "Но мы все еще на уровне только управления одним или двумя квантовыми битами, и Вы действительно нуждаетесь в сотнях, чтобы сделать кое-что полезное."
Столь же взволнованный, как он о существующем продвижении, долгосрочные заявления - все еще годы далеко. "Это - однодневный за один раз подход," сказала Петта.
Источник Истории:
Приспособленный от материалов обеспечил университетом Принстона.
Ссылка Журнала:
- J. Р. Петта, Х. Лу, и А. К. Госсард. Последовательный Разделитель Луча для Электронных государств Вращения. Наука, 2010; 327 (5966): 669-672 ДОИ: 10.1126/science.1183628
Отметьте: Если никакому автору не дают, источник процитирован вместо этого.
Физики Находят Способ Управлять Отдельными Битами В
Квантовых Компьютерах 
Электронные Ловушки, Которые Вычисляют
Два Qubits В Действии,
Новом Шаге К Квантовому Компьютеру 
Новое Развитие в Spintronics: Поляризованные вращением Электроны По требованию, С Единственным Электронным Насосом 
Квантовое Вычисление Вращается Ближе
Электронное Вращение, Вращаемое С Электрическим
полем 