ارتش, محققان مسیر به محاسبات کوانتومی در دمای اتاق

ارتش محققان پیش بینی کوانتومی کامپیوتر مدارهای که دیگر نمی خواهد نیاز به دماهای بسیار سرد به تابع می تواند تبدیل به یک واقعیت پس از حدود یک دهه است.

برای سال solid-state کوانتومی تکنولوژی است که در عمل در دمای اتاق به نظر می رسید از راه دور. در حالی که استفاده از شفاف کریستال نوری nonlinearities حال ظهور به عنوان محتمل ترین مسیر به این نقطه عطف آنکه مانند یک سیستم همیشه باقی مانده در سوال.

در حال حاضر ارتش دانشمندان رسما تایید اعتبار این رویکرد است. دکتر کورت جاکوبز از ارتش ایالات متحده مبارزه با قابلیت های توسعه فرماندهی ارتش آزمایشگاه تحقیقاتی کار در کنار دکتر Mikkel Heuck و پروفسور خنجر Englund از موسسه تکنولوژی ماساچوست شد برای اولین بار نشان می دهد امکان کوانتومی منطق دروازه فوتونی متشکل از مدارهای نوری و کریستال.

"اگر در آینده دستگاه هایی که با استفاده از فن آوری های کوانتومی نیاز به خنک کننده به دمای سرد و سپس این را به آنها گران قیمت و حجیم و قدرت گرسنه" Heuck گفت. "ما تحقیقات با هدف توسعه آینده فيبر مدار خواهد شد که قادر به دستکاری گرفتاری های مورد نیاز برای دستگاه های کوانتومی در دمای اتاق است."

کوانتومی تکنولوژی ارائه می دهد طیف وسیعی از پیشرفت های آینده در محاسبات و ارتباطات و سنجش از دور.

به منظور انجام هر نوع وظیفه, سنتی, کلاسیک, کامپیوتر, کار با اطلاعات است که به طور کامل تعیین می شود. اطلاعات ذخیره شده در بسیاری از بیت های هر کدام را می توان روشن یا خاموش. کلاسیک, کامپیوتر, هنگامی که داده می شود یک ورودی مشخص شده توسط تعدادی از بیت ها می تواند روند این ورودی برای تولید یک پاسخ است که همچنین به عنوان یک تعداد بیت. یک کامپیوتر کلاسیک فرآیندهای یک ورودی در یک زمان.

در مقابل کامپیوترهای کوانتومی ذخیره اطلاعات در qubits است که می تواند در یک کشور عجیب و غریب که در آن آنها هر دو در و خارج در همان زمان. این اجازه می دهد تا یک کامپیوتر کوانتومی برای کشف پاسخ به بسیاری از ورودی در همان زمان. در حالی که آن را نمی تواند خروجی تمام پاسخ در یک بار آن را می توانید خروجی روابط بین این پاسخ ها که اجازه می دهد تا آن را برای حل برخی از مشکلات بسیار سریع تر از یک کامپیوتر کلاسیک.

متاسفانه یکی از اشکالات عمده کوانتومی سیستم های شکنندگی عجیب و غریب متحده از qubits. بیشتر آینده نگر سخت افزار کوانتومی تکنولوژی باید از نگهداری در دماهای بسیار سرد--نزدیک به صفر kelvins--برای جلوگیری از ویژه کشورهای در حال نابود تعامل با کامپیوتر و محیط زیست.

"هر گونه تعامل است که یک کيوبيت با هر چیز دیگری در آن محیط شروع به تحریف آن کوانتومی دولت" جاکوبز گفت. "برای مثال اگر محیط یک گاز از ذرات و سپس نگه داشتن آن بسیار سرد نگه می دارد و گاز مولکولهای در حال حرکت به آرامی به طوری که آنها نمی سقوط به مدارهای کوانتومی به همان اندازه است."

محققان به کارگردانی مختلف تلاش ها برای حل و فصل این موضوع اما یک راه حل قطعی است که هنوز یافت می شود. در حال حاضر فوتونی است که ترکیب مدارهای غیر خطی نوری کریستال در حال حاضر به عنوان تنها مسیر امکان پذیر برای محاسبات کوانتومی با حالت جامد سیستم در درجه حرارت اتاق.

"فوتونی مدارهای کمی شبیه مدارهای الکتریکی به جز آنها دستکاری نور به جای سیگنال های الکتریکی" Englund گفت. "برای مثال ما می توانیم کانال در مواد شفاف است که فوتون سفر خواهد کرد پایین کمی مانند سیگنال های الکتریکی سفر در امتداد سیم است."

بر خلاف سیستم های کوانتومی است که با استفاده از یون یا اتم برای ذخیره اطلاعات کوانتومی سیستم های که با استفاده از فوتون ها می توانید دور زدن درجه حرارت سرد محدودیت. این فوتون ها هنوز هم باید در تعامل با دیگر فوتون برای انجام عملیات منطقی. این است که در آن غیر خطی نوری کریستال به بازی می آیند.

محققان می مهندس حفره در کریستال است که به طور موقت دام فوتون در داخل. از طریق این روش کوانتومی سیستم می تواند به ایجاد دو ممکن است آمده است که یک کيوبيت می توانید نگه دارید: یک حفره با یک فوتون (در) و یک حفره بدون یک فوتون (خاموش). این qubits سپس می توانید فرم کوانتومی گیت های منطقی که ایجاد چارچوب های عجیب و غریب متحده است.

به عبارت دیگر محققان می توانند با استفاده از نامشخص دولت از اینکه آیا یا نه یک فوتون در یک کریستال حفره به نمایندگی کيوبيت. منطق دروازه عمل در دو qubits و می تواند به ایجاد "درهمتنيدگی کوانتومی" بین آنها است. این گرفتاری است که به طور خودکار تولید شده در یک کامپیوتر کوانتومی و لازم است به صورت کوانتومی روش برای برنامه های کاربردی در سنجش.

دانشمندان بر اساس این ایده را به کوانتومی گیت های منطقی با استفاده از nonlinear optical کریستال کاملا بر حدس و گمان -- تا این نقطه. در حالی که آن را نشان داد وعده بسیار زیاد شک و تردید باقی مانده است که آیا این روش می تواند حتی منجر به عملی گیت های منطقی.

نرم افزار غیر خطی نوری کریستال باقی مانده بود در سوال تا زمانی که محققان در ارتش و آزمایشگاه MIT ارائه شده یک راه برای تحقق بخشیدن به یک منطق کوانتومی دروازه با این رویکرد با استفاده از تاسیس فوتونی اجزای مدار.

"مشکل این بود که اگر یک فوتون سفر در یک کانال فوتون است موج-بسته' با برخی از شکل" جاکوبز گفت. "برای یک کوانتوم دروازه شما نیاز فوتون موج-بسته به همان باقی می ماند پس از بهره برداری از دروازه. پس nonlinearities تحریف موج-بسته سوال این بود که آیا شما می تواند بار موج-بسته به حفره باید آنها را به ارتباط برقرار کردن از طریق غیرخطی و سپس منتشر می کنند فوتون دوباره به طوری که آنها همان موج-بسته به عنوان آنها را با آغاز شده است."

هنگامی که آنها طراحی کوانتومی منطق دروازه محققان انجام شده متعدد در کامپیوتر شبیه سازی بهره برداری از دروازه تا نشان دهد که می تواند در تئوری تابع مناسب است. ساخت و ساز واقعی از یک منطق کوانتومی دروازه با استفاده از این روش را برای اولین بار نیاز به پیشرفت های قابل توجهی در کیفیت خاصی فوتونی اجزای محققان گفتند.

"بر اساس پیشرفت های ساخته شده در طول دهه گذشته ما انتظار داریم که آن را حدود ده سال برای پیشرفت لازم است به توان متوجه شد" Heuck گفت. "با این حال این روند در حال بارگذاری و انتشار موج-بسته بدون اعوجاج چیزی است که ما باید قادر به درک فعلی تجربی و تکنولوژی و به طوری که یک آزمایش است که ما مشغول به کار خواهد شد در آینده."

Physical Review Letters منتشر شده این تیم یافته های کارشناسی, کاغذ, مارس 20.

###

John marshall ارتش آزمایشگاه تحقیقاتی است که یک عنصر از ارتش ایالات متحده در مبارزه با قابلیت های توسعه فرمان. به عنوان ارتش شرکت آزمایشگاه تحقیقاتی ARL هایی می شود که نوآوری و انتقال علم و فن آوری برای اطمینان از تسلط استراتژیک زمین قدرت. از طریق همکاری در دستور اصلی ویژگی های شایستگی john marshall آگهی در کشف و توسعه و انتقال فناوری بر اساس قابلیت های مورد نیاز به سربازان بیشتر کشنده را به نفع ملت ما جنگ و آمدن به خانه با خیال راحت. John marshall عمده تابع فرماندهی ارتش ایالات متحده آتی فرمان.