Je leest:

Quantumberekening ongevoelig voor storing

Quantumberekening ongevoelig voor storing

Auteur: | 11 april 2012

Wetenschappers van het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft en de Stichting FOM hebben samen met collega’s uit de VS een nieuwe manier gevonden om quantumberekeningen uit te voeren die ongevoelig is voor storende omgevingsinvloeden. Dit kan een belangrijke stap zijn op weg naar een toekomstige, zeer snelle, quantumcomputer.

Quantumdeeltjes, zoals atoomkernen of elektronen, kunnen zich in meerdere toestanden tegelijk bevinden. Zolang je geen meting hebt gedaan, kan het magnetisch moment van een elektron, de zogenaamde spin, twee verschillende richtingen hebben. Gebruik je de spinrichting als ‘quantumbit’ in een computer, dan kan deze dus tegelijk 0 én 1 zijn. Dat maakt supersnel rekenwerk mogelijk. Probleem is dat de spins extreem gevoelig zijn voor storingen uit de omgeving.

Quantum-zoekmachine

De onderzoekers hebben nu een manier gevonden om de quantumbits te beschermen tijdens het rekenen – en ze dus minder gevoelig te maken voor verstoringen. Ze voerden met de nieuwe methode een berekening uit met een elektronspin en een kernspin (de spin van een atoomkern). Dit gebeurde in een diamanten chip op kamertemperatuur.

Met deze processor van twee quantumbits voerden de onderzoekers een zoekalgoritme uit. Stel je dit voor als het vinden van een naam in een telefoonboek van vier elementen als je alleen het telefoonnummer weet. Een klassieke computer moet één voor één alle namen afgaan, en heeft gemiddeld twee pogingen nodig. Met het quantum-algoritme van de onderzoekers kostte het slechts één poging. Dit is een demonstratie op kleine schaal van de superieure efficiëntie van een quantumcomputer.

Artistieke weergave van de quantumberekening. Het algoritme stuurt de vier mogelijke oplossingen in één keer de processor in (de blauwe quantumbits op de vier oranje banen), en geeft in een keer de juist oplossing (de groene quantumbits), terwijl een klassieke computer daar gemiddeld meer dan twee pogingen nodig heeft.
FOM

Bescherming

Twee jaar geleden liet hetzelfde onderzoeksteam in het tijdschrift Science al zien dat je de spintoestand van een enkel elektron effectief kunt beschermen tegen storingen uit de omgeving. Door de spinrichting van het elektron met hele korte laserpulsen steeds om te klappen, gedraagt de spin zich alsof hij is losgekoppeld van zijn omgeving. Deze techniek is daarom ideaal voor het beschermen van quantum-informatie die is opgeslagen in een spin.

Maar een quantumcomputer moet niet alleen informatie kunnen opslaan, hij moet er ook mee kunnen rekenen. Het toepassen van de beschreven ‘ontkoppelingstechniek’ tijdens het quantumrekenen is problematisch, omdat het elektron niet alleen van de omgeving wordt afgeschermd, maar ook van de andere quantumbits. Berekeningen tussen quantumbits zijn daardoor onmogelijk.

Oplossing

De onderzoekers hebben hier nu een oplossing voor gevonden. Ze bedachten een manier om het omklappen van het elektronspin heel precies gelijk te trekken met de bewegingen van een tweede quantumbit, de spin van een atoomkern. Hierdoor bleef de interactie tussen de twee spins behouden, terwijl de elektronspin goed beschermd is tegen storende omgevingsinvloeden. De komende tijd gaan de onderzoekers de nieuwe techniek toepassen op chips met meer quantumbits.

Dit nieuwsbericht is een bewerking van een persbericht van Stichting FOM.

Bron:

T. van der Sar e.a., Decoherence-protected quantum gates for a hybrid solid-state spin register, Nature (4 april 2012, online) DOI:10.1038/nature10900

Lees meer over quantumcomputers op Kennislink:

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/quantumcomputer/quantum computer/kwantumcomputer/index.atom", “max”=>"5", “detail”=>"normaal"}

Meer over quantumcomputers op Wetenschap24

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 11 april 2012

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.