Ordenador cuántico construido dentro de un diamante

La demostración muestra la viabilidad de estado sólido de ordenadores cuánticos, que - a diferencia de antes y de gas en estado líquido sistemas - puede representar el futuro de la computación cuántica, ya que pueden ser fácilmente ampliados en tamaño. Actuales ordenadores cuánticos son típicamente muy pequeña y - aunque impresionante - que aún no pueden competir con la velocidad de los más grandes, las computadoras tradicionales.

El equipo multinacional incluye USC profesor Daniel Lidar y la USC investigador postdoctoral Wang Zhihui, así como investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos, Universidad Estatal de Iowa y la Universidad de California en Santa Bárbara. Sus resultados serán publicados el 5 de abril en la Naturaleza .

El equipo de diamantes sistema cuántico equipo contó con dos bits cuánticos (llamados "qubits"), hechos de partículas subatómicas.

A diferencia de los bits de ordenador tradicionales, que pueden codificar claramente ya sea un uno o un cero, qubits pueden codificar un uno y un cero al mismo tiempo. Esta propiedad, llamada superposición, junto con la capacidad de los estados cuánticos de "túnel" a través de barreras de energía, algún día permitir que los ordenadores cuánticos para realizar los cálculos de optimización mucho más rápido que las computadoras tradicionales.

Al igual que todos los [Tienes que estar registrado y conectado para ver este vínculo] , el diamante utilizado por los investigadores tiene impurezas - cosas que no sean de carbono. Las impurezas más en un diamante, el menos atractivo, es como una pieza de joyería, porque hace que el cristal de un aspecto turbio.

El equipo, sin embargo, utiliza las impurezas sí mismos.

Un núcleo de nitrógeno canalla se convirtió en el primer qubit. En un segundo fallo sentó un electrón, que se convirtió en el segundo qubit. (Aunque decirlo con mayor precisión, el "giro" de cada una de estas partículas subatómicas fue utilizado como el qubit).

Los electrones son más pequeños que los núcleos y realizar cálculos mucho más rápido, sino que también son víctimas con mayor rapidez a la "decoherencia". Un qubit sobre la base de un núcleo, que es grande, es mucho más estable pero más lento.

"Un núcleo tiene un tiempo de decoherencia de largo -. En los milisegundos se puede pensar que es muy lento", dijo el Lidar, que tiene una cita conjunta con la escuela de USC Viterbi de Ingeniería y la USC Dornsife Colegio de Letras, Artes y las Ciencias.

A pesar de estado sólido de los sistemas de computación han existido antes, este fue el primero en incorporar la protección de la decoherencia - el uso de pulsos de microondas para cambiar continuamente la dirección de la rotación de espín del electrón.

"Es un poco como viajar en el tiempo", dijo el Lidar, porque cambiar el sentido de giro se invierte tiempo las inconsistencias en movimiento, como los qubits volver a su posición original.

El equipo fue capaz de demostrar que su sistema de diamante envuelto en efecto, funcionan de una manera cuántica al ver lo cerca que coincidía con "algoritmo de Grover."

El algoritmo no es nueva - Lov Grover de los Laboratorios Bell lo inventó en 1996 -, pero muestra la promesa de [Tienes que estar registrado y conectado para ver este vínculo] .

La prueba es una búsqueda de una base de datos sin clasificar, similar a la que le dicen que buscar un nombre en la guía telefónica cuando sólo he dado el número de teléfono.

A veces milagrosamente, lo encontraría en el primer intento, otras veces puede que tenga que buscar a través de todo el libro para encontrarlo. Si usted hizo los tiempos de búsqueda innumerables, en promedio, que iba a encontrar el nombre que estaba buscando después de buscar a través de la mitad de la guía telefónica.

Matemáticamente, esto se puede expresar diciendo que iba a encontrar la opción correcta en procura X / 2 - si X es el número de opciones totales que tienes que buscar a través de. Por lo tanto, con cuatro opciones de total, usted encontrará la correcta después de dos intentos en promedio.

Una computadora cuántica, utilizando las propiedades de superposición, puede encontrar la opción correcta mucho más rápidamente. Las matemáticas detrás de ella son complicadas, pero en términos prácticos, un ordenador cuántico buscar a través de una lista desordenada de las cuatro opciones se encuentra la opción correcta en el primer intento, en todo momento.

Aunque no es perfecto, el nuevo equipo tomó la decisión correcta en el primer intento cerca del 95 por ciento del tiempo - lo suficiente como para demostrar que funciona de una manera cuántica.

Proporcionado por la Universidad del Sur de California ( [Tienes que estar registrado y conectado para ver este vínculo] : [Tienes que estar registrado y conectado para ver este vínculo] )