Ang mga pangunahing bahagi ng isang Qutrit-based na kabuuan ng computer ay ipinakita

Pang-eksperimentong pag-install ng computing ng kabuuan sa Advanced Quantum Testbed. May-akda: Berkeley Laboratory

Ang isang koponan na pinangunahan ng Berkeley Lab, ang mga siyentista sa UC Berkeley ay lumilikha ng isang bagong uri ng kabuuan ng processor na may kakayahang i-scan ang impormasyon na katulad ng teoretikal sa mga itim na butas.

Ang isang koponan na pinangunahan ng mga pisiko mula sa Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) at UC Berkeley ay matagumpay na naobserbahan ang pag-frame ng impormasyong kabuuan na naisip na saligan ng pag-uugali ng mga itim na butas gamit ang mga qutrit: mga yunit ng kabuuan na nag-iimbak ng impormasyon na maaaring kumatawan sa tatlong magkakahiwalay na estado. Ang kanilang mga pagsisikap ay nagbigay daan din para sa paglikha ng quantum information processor batay sa qutrits.

Ang kabalintunaan ng impormasyon tungkol sa itim na butas

Isang bagong pag-aaral na inilathala kamakailan sa journal Pisikal na pagsusuri X, gumagamit ng isang kadena ng kabuuan na inspirasyon ng matagal nang tanong ng pisika: ano ang nangyayari sa impormasyon kapag pumasok ito Black hole?

Bilang karagdagan sa koneksyon sa kosmolohiya at pangunahing pisika, ang mga teknikal na milestones ng koponan na ginawang posible ang eksperimento ay kumakatawan sa mahahalagang pagsulong sa paggamit ng mga mas sopistikadong mga tagatupad ng dami para sa computing ng kabuuan, cryptography at pagtuklas ng error, bukod sa iba pang mga application.

Habang ang mga itim na butas ay itinuturing na isa sa mga pinaka-mapanirang puwersa sa uniberso – ang bagay at ilaw ay hindi makatakas sa kanilang lakas, at mabilis at lubusan silang ihalo sa sandaling pumasok sila – nagkaroon ng malaking debate tungkol sa kung paano at kung paano nawala ang impormasyon pagkatapos ng paglipat. sa isang itim na butas.

Ang namatay, pisisista na si Stephen Hawking, ay nagpakita na ang mga itim na butas ay naglalabas ng radiation – na kilala ngayon bilang Hawking radiation – na unti-unting sumisingaw sa paglipas ng panahon. Sa prinsipyo, ang radiation na ito ay maaaring magdala ng impormasyon tungkol sa kung ano ang nasa loob ng itim na butas – kahit na pinapayagan kang muling itayo ang impormasyong papasok sa itim na butas.

At, gamit ang isang pagmamay-ari na kabuuan na kilala bilang paghabi, posible na gawing mas mabilis ang muling pagtatayo na ito, tulad ng ipinakita sa mga nakaraang gawain.

Hinahamon ng quantum entanglement ang mga patakaran ng klasikal na pisika sa pamamagitan ng pagpapahintulot sa mga particle na manatiling magkaugnay kahit na pinaghiwalay sila ng mga malalayong distansya, upang maipabatid sa iyo ng estado ng isang solong maliit na butil ng estado ng nakaharang na kasosyo nito. Halimbawa, kung mayroon kang dalawang gusot na mga barya, alam na ang isang barya ay nagmula sa iyong ulo kapag tiningnan mo ito ay awtomatikong sasabihin sa iyo na ang iba pang nalilito na barya, halimbawa, ay isang buntot.

Karamihan sa mga pagsisikap sa pag-compute ng kabuuan ay naghahangad na samantalahin ang hindi pangkaraniwang bagay na ito sa pamamagitan ng pag-encode ng impormasyon sa anyo ng mga buhol-buhol na kabuuan na piraso na kilala bilang qubits (binibigkas na mga CUE bit). Tulad ng isang tradisyunal na computer bit, na maaaring maglaman ng halagang zero o isa, ang qubit ay maaari ring zero o isa. Ngunit bilang karagdagan, ang qubit ay maaaring umiiral sa isang superposisyon na parehong zero at zero. Sa kaso ng isang barya ito ay katulad ng baligtad ng isang barya, na maaaring kumatawan sa alinman sa ulo o buntot, pati na rin ang superposisyon ng ulo at buntot nang sabay.

Lakas 3: Ipinakikilala ang Qutrits

Ang bawat qubit na idinagdag mo sa isang kwantum na computer ay doble ang lakas ng computing nito, at ang pagtaas ng exponential na ito ay nagdaragdag kapag gumamit ka ng mga quantum bit na may kakayahang mag-imbak ng mas maraming mga halaga, tulad ng mga qutrit (ipinahayag na CUE-trits). Dahil dito, higit na mas mababa ang mga qubit at kahit na mas kaunting mga qubit o kudite – na naglalarawan ng mga unit ng kabuuan na may tatlo o higit pang mga estado – ay kinakailangan upang maisagawa ang mga kumplikadong algorithm na may kakayahang ipakita ang kakayahang malutas ang mga problema na hindi malulutas sa mga maginoo na computer.

Gayunpaman, mayroong isang bilang ng mga teknikal na hadlang sa paglikha ng mga computer na kabuuan na may maraming mga kabuuan na piraso na maaaring mapagkakatiwalaan at mahusay na malutas ang mga problema sa isang tunay na kabuuan na paraan.

Sa pinakabagong pag-aaral na ito, detalyado ng mga mananaliksik kung paano nila binuo ang isang kabuuan ng processor na may kakayahang pag-encode at paglilipat ng impormasyon gamit ang isang serye ng limang mga tuta na maaaring sabay na kumatawan sa tatlong estado. At sa kabila ng karaniwang maingay, hindi perpekto, at madaling kapitan ng error sa paligid, nahanap nila ang kanilang platform na nakakagulat na matatag at maaasahan.

Ang mga tuta ay maaaring magkaroon ng isang halaga ng zero, isa o dalawa, na humahawak sa lahat ng mga estado na ito sa superposition. Sa pamamagitan ng pagkakatulad sa isang barya, ito ay katulad ng isang barya na may kakayahang tumaas na may ulo, buntot, o mapunta sa manipis na gilid.

“Ang itim na butas ay isang napakahusay na tagapagdala ng impormasyon,” sabi ni Norman Yao, isang propesor sa Kagawaran ng Materyal na Agham sa Berkeley Laboratory at isang associate professor ng pisika sa Unibersidad ng Berkeley na tumulong sa pagplano at pagbuo ng eksperimento. “Napakabilis nitong pagkupas, kaya’t ang anumang lokal na ingay ay napakahirap sirain ang impormasyong ito.”

Ngunit, idinagdag niya, “napakahusay ng encoder na napakahirap ding maunawaan ang impormasyong ito.”

Naisip na eksperimento

Isang ilustrasyon ng isang pag-iisip na eksperimento kung saan ang impormasyon na nakulong sa itim na butas ni Alice ay natagpuan ng tagamasid sa labas na si Bob. May-akda: Berkeley Laboratory

Lumilikha ng isang eksperimento upang gayahin ang dami ng scrambling

Itinakda ng koponan na ulitin ang uri ng mabilis na pagpapahid ng kabuuan o pag-aagawan sa isang eksperimento kung saan ginamit ang mga maliliit na aparato na tinatawag na nonlinear harmonic oscillator bilang mga tuta. Ang mga nonlinear harmonic oscillator na ito ay mahalagang myraminal na sukat sa mga bukal na maaaring malantad sa mga pulso ng microwave sa maraming magkakaibang mga frequency.

Ang isang karaniwang problema sa paggawa ng mga oscillator na ito ay gumagana bilang mga cutrite ay ang kanilang kalikasan na kabuuan ay madalas na masira sa pamamagitan ng isang mekanismo na tinatawag na decageneration, kaya mahirap sabihin kung ang pag-frame ng impormasyon ay kabuuan o dahil ito sa isa pang interbensyon, sinabi ni Irfan na si Siddiki, nangungunang may-akda ng pag-aaral.

Si Siddiki ay ang direktor ng Advanced Quantum Testbed mula sa Berkeley Laboratory, isang lektor sa Kagawaran ng Computational Research and Materials Science Laboratory at isang propesor ng physics sa UC Berkeley.

Ang site ng pagsubok, na nagsimulang tumanggap ng mga panukala mula sa pamayanan ng agham na pang-agham noong 2020, ay isang nakikipagtulungan na lab ng pagsasaliksik na nagbibigay ng bukas, libreng pag-access sa mga gumagamit na nais tuklasin kung paano magagamit ang superconducting na mga processor ng kabuuan upang maisulong ang pagsasaliksik. Ang demonstration ng scrambling ay isa sa mga unang resulta ng programa ng gumagamit ng bench bench.

“Talaga, mayroong pag-aagawan sa isang nakahiwalay na itim na butas,” sabi ni Siddiki, “ngunit ang anumang pang-eksperimentong sistema ay nagpapakita rin ng pagkalugi mula sa pagkasira ng katawan. Paano mo makikilala ang mga ito sa lab? “

Ang susi sa pag-aaral ay upang mapanatili ang pagkakapare-pareho o kaayusan ng mga pattern ng signal na naihatid ng mga oscillator na sapat na katagal upang kumpirmahing ang pang-aagawan sa kabuuan ay naganap sa cutrid teleportation. Bagaman ang teleportation ay maaaring maging sanhi ng mga science fiction na imahe ng mga taong “nagniningning” sa mga tao o mga bagay mula sa ibabaw ng planeta patungo sa isang spacecraft, sa kasong ito mayroon lamang paglipat ng impormasyon – hindi mahalaga – mula sa isang lugar patungo sa isa pa sa pamamagitan ng kabuuan ng interweaving.

Ang isa pang mahalagang bahagi ay ang paglikha ng na-customize na mga gate ng lohika na pinapayagan ang pagpapatupad ng “unibersal na mga circuit ng kabuuan” na maaaring magamit upang magpatakbo ng di-makatwirang mga algorithm. Pinapayagan ng mga pinturang ito ng lohika ang mga pares ng courite na makipag-ugnay sa bawat isa at naidisenyo upang hawakan ang tatlong magkakaibang antas ng mga signal na nabuo ng mga pulso ng microwave.

Ang isa sa limang mga tuta sa eksperimento ay nagsilbing input, at ang iba pang apat na mga tuta ay nasa magkakaugnay na mga pares. Dahil sa likas na pagkakagulo ng mga cutrite, ang magkasanib na pagsukat ng isa sa mga pares ng cutrite pagkatapos ng scrambling scheme ay nagbibigay ng teleportation ng estado ng input cutrite sa isa pang cutrite.

Sinasalamin ang mga itim na butas at bulate

Gumamit ang mga mananaliksik ng isang pamamaraang kilala bilang kuantum tomography upang matiyak na gumagana ang mga pintuang-daan at ang impormasyon ay na-scramble nang tama upang ito ay pantay na malamang na lumitaw sa anumang bahagi ng kadena ng kabuuan.

Sinabi ni Sidiki na isang paraan upang mag-isip tungkol sa kung paano nakakalito ang impormasyon ng mga tuta ay ihambing ito sa isang itim na butas. Ito ay tulad ng kung may isang itim na butas at isang mirror na bersyon ng itim na butas na ito, upang ang impormasyong dumadaan sa isang gilid ng salamin na itim na butas ay naililipat sa kabilang panig ng pagkalito.

Sina Sidika at Yao ay partikular na interesado sa paggamit ng lakas ng mga tuta para sa pananaliksik na nauugnay sa pagdaan ng wormhole, na, halimbawa, ay mga teoretikal na daanan na nagkokonekta sa mga indibidwal na lugar sa uniberso.

Sanggunian: “Pangangalakal ng impormasyon ng dami sa isang superconducting cutrite processor na” MS Block, W.W. Ramashes, T. Schuster, K. O’Brien, J. M. Kraikebaum, D. Dalen, A. Morvan, B. Yoshida, New York Yao at I. Sidiki, Abril 9, 2201, Pisikal na pagsusuri X.
DOI: 10.1103 / PhysRevX.11.021010

Ang isang siyentipiko mula sa Perimeter Institute for Theoretical Physics sa Canada ay lumahok din sa pag-aaral, na suportado ng US Department of Energy’s Office ng Advanced Scientific Computing at ang Opisina ng High Energy Physics; at mula sa isang pakikisama para sa pagsasaliksik ng National Science Foundation.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

82% ng Mga Tao na Na-ospital Sa COVID-19 Bumuo ng Mga Neurological Problems

Isinasaalang-alang ang tomography ng utak. Ang mga pasyente na may mga karamdaman na nagpapahiwatig ng neurological ay kasangkot COVID-19 anim na beses na mas malamang...

“Gobsmacked” – Ang Melanie Wood ng Harvard ay Naging Unang Babae na Nanalo ng $ 1M Waterman Award sa Math

Si Melanie Wood ang unang babaeng nanalo ng isang Waterman Award sa matematika. Kredito: Stephanie Mitchell / Harvard Staff Photographer Kinikilala para sa mga...

Bagong Pagong na Natagpuan sa Huling Cretaceous ng Madagascar

Ang pagbabagong-tatag ng buhay ng Sahonachelys mailakavava, umaatake sa Madagascan na palaka tadpoles na si Belzebufo ay nagprotesta gamit ang isang espesyal na diyeta...

Natuklasan ng mga siyentista na ang loob ng Saturn – ang makapal na layer ng helium – ay nakakaapekto sa magnetic field ng mga...

Ang magnetikong patlang ni Saturn na nakikita sa itaas. Credit-Ancate Barrick / Jones Hopkins University Ginagaya ng mga mananaliksik ang mga kondisyong kinakailangan para...

Lumilikha ang mga mananaliksik ng cybersecurity ng mas mahusay na kanaryo – gamit ang AI upang lumikha ng pekeng mga dokumento

Ang bagong artipisyal na sistema ng katalinuhan ay lumilikha ng mga pekeng dokumento upang linlangin ang mga kalaban. Sa panahon ng World War II, ang...

Newsletter

Subscribe to stay updated.