Banayad at isang solong elektron na ginamit upang tuklasin ang impormasyong Quantum na nakaimbak sa 100,000 Nuclear Quantum Bits

Ang mga mananaliksik ay nakakita ng isang paraan upang magamit ang ilaw at isang solong electron upang makipag-usap sa isang kabuuan ng ulap at maunawaan ang pag-uugali nito, na ginagawang posible na makita ang isang solong kabuuan ng bit sa isang siksik na ulap.

Ang mga mananaliksik mula sa Unibersidad ng Cambridge ay nagawang mag-iniksyon ng isang ‘karayom’ ng lubos na marupok na impormasyong kabuuan sa isang 100,000-core ‘haystack’. Sa pamamagitan ng paggamit ng mga laser upang makontrol ang isang electron, maaaring gamitin ng mga mananaliksik ang elektron na iyon upang makontrol ang pag-uugali ng haystack, na ginagawang mas madali ang paghahanap ng karayom. Nakita nila ang ‘pin’ na may katumpakan na 1.9 na mga bahagi bawat milyon: sapat na mataas upang makita ang isang solong kabuuan ng dami sa malaking populasyon na ito.

Ginagawang posible ng pamamaraan na optikal na magpadala ng labis na marupok na impormasyong kabuuan sa isang nukleyar na sistema para sa pag-iimbak at i-verify ang imprint nito na may kaunting abala; ito ay isang mahalagang hakbang sa pagbuo ng isang kabuuan ng internet batay sa mga mapagkukunang dami ng ilaw. Ang mga resulta ay naiulat sa journal Kalikasan Physics.

Ang unang mga computer na kabuuan ay nasa abot-tanaw na samantalahin ang kakaibang pag-uugali ng mga subatomic na partikulo na mas mahusay kaysa sa pinakamakapangyarihang mga supercomputer. Gayunpaman, ang paggamit ng kanilang buong potensyal ay mangangailangan ng ilang paraan upang ma-network ang mga ito: ang kabuuan ng internet. Ang mga ilaw na channel na nagpapadala ng impormasyon sa kabuuan ay nangangako ng mga kandidato para sa kabuuan ng internet, at sa kasalukuyan ay walang mas mahusay na mapagkukunang kabuuan ng dami kaysa sa semiconductor na kabuuan na tuldok: maliliit na kristal na mahalagang artipisyal na mga atomo.

Gayunpaman, mayroong isang bagay na pumipigil sa paraan ng mga tuldok ng kabuuan at ang dami ng internet: ang kakayahang pansamantalang mag-imbak ng impormasyong kabuuan sa mga mail na handa sa network.

“Ang solusyon sa problemang ito ay ang pag-iimbak ng marupok na impormasyong kabuuan sa isang ulap ng 100,000 atom nuclei na nilalaman sa bawat dami ng tuldok, tulad ng isang karayom ​​sa isang haystack,” sabi ni Propesor Mete Atatüre mula sa Cambridge Cavendish Laboratory, na nagsagawa ng pagsasaliksik. . “Ngunit kung susubukan nating makipag-usap sa mga nukleong ito tulad ng pakikipag-usap natin sa mga piraso, may kaugaliang random na” paikutin “, na lumilikha ng isang maingay na system.”

Ang ulap ng mga kuwantum na piraso na natagpuan sa isang punto ng kabuuan ay hindi karaniwang kumilos sa isang kolektibong estado, na ginagawang mahirap makakuha ng impormasyon sa o labas ng mga ito. Gayunpaman, ipinakita ng Atatüre at mga kasamahan noong 2019 na kapag pinalamig sa ultra-mababang temperatura na gumagamit ng ilaw, ang mga nuclei na ito ay maaaring gumanap ng ‘dami ng sayaw’ na magkasama at makabuluhang bawasan ang dami ng ingay sa system.

Ngayon, nagpakita sila ng isa pang pangunahing hakbang upang maiimbak at makuha ang impormasyon sa kabuuan sa nucleus. Sa pamamagitan ng pag-check sa kolektibong estado ng 100,000 nuclei, nakita nila ang pagkakaroon ng impormasyong kabuuan bilang isang ultra-mataas na katumpakan na ‘baligtad na dami na bit’ na 1.9 na mga bahagi bawat milyon: sapat na mga nuclei upang makita ang isang solong pag-ikot sa ulap.

“Sa teknikal na paraan ito ay lubhang mahirap,” sabi ni Atatüre, na isa ring Fellow ng St John’s College. “Wala kaming paraan upang ‘makipag-usap’ sa ulap, at walang paraan na makakausap ang ulap sa amin. Ngunit ang maaari nating pag-usapan ay isang elektron: maaari nating makipag-usap dito tulad ng isang asong tagapag-alaga ng tupa. “

Gamit ang ilaw mula sa isang laser, ang mga mananaliksik ay maaaring makipag-usap sa isang electron at ang elektron na iyon ay maaaring makipag-usap sa mga paikot o intrinsic angular momentum ng nucleus.

Sa pamamagitan ng pakikipag-usap sa elektron, ang magulong ensemble ng pagikot ay nagsisimulang cool at nagtitipon sa paligid ng electron ng pastol; Mula sa mas nakaayos na estado na ito, ang electron ay maaaring makabuo ng mga spin wave sa nuclei.

“Kung isasaalang-alang natin ang aming ulap na umikot bilang isang random na gumagalaw na kawan ng 100,000 tupa, mahirap makita ang isang tupa na biglang nagbabago ng direksyon,” sabi ni Atatüre. “Ngunit kung ang buong kawan ay gumagalaw bilang isang mahusay na tinukoy na alon, kung gayon ang pagbabago ng direksyon ng isang solong tupa ay nagiging kapansin-pansin.”

Sa madaling salita, ang pag-iniksyon ng isang spin wave na binubuo ng isang solong pag-ikot ng nuclear spin sa komunidad ay ginagawang madali upang makita ang isang solong nuclear spin sa gitna ng 100,000 mga spin nukleyar.

Gamit ang diskarteng ito, ang mga mananaliksik ay maaaring magpadala ng impormasyon sa kabuuan ng bit at ‘makinig’ sa sinasabi ng mga paikot na may kaunting abala hanggang sa pangunahing limitasyon na itinakda ng mga mekanika ng kabuuan.

“Matapos nating pagsama-samahin ang kontrol at kakayahan sa pandama sa malaking pangunahing pamayanang ito, ang aming susunod na hakbang ay upang ipakita ang pag-iimbak at pagkuha ng isang random na halum na bit mula sa nukleyar na logbook ng spin,” aniya. Cavendish Laboratory.

“Ang hakbang na ito ay pupunan ang isang memorya ng kabuuan na konektado sa ilaw, na kung saan ay isang mahalagang bloke ng gusali para mapagtanto ang kabuuan ng internet,” sinabi ng unang may-akdang si Dorian Gangloff, isang Research Fellow sa St John’s College.

Ang pamamaraan ay maaaring maging kapaki-pakinabang sa pagbuo ng solidong estado, pati na rin ang potensyal na paggamit nito para sa isang hinaharap na kabuuan ng internet. computing ng kabuuan.

Sanggunian: “Pang-unawa ng kabuuan ng isang pare-pareho na paggalaw sa isang nukleyar na pamayanan” nina DM Jackson, DA Gangloff, JH Bodey, L. Zaporski, C. Bachorz, E. Clarke, M. Hugues, C. Le Gall, at M . Atatüre Pebrero 15 2021, Kalikasan Physics.
DOI: 10.1038 / s41567-020-01161-4

Ang pananaliksik ay suportado ng bahagi ng European Research Council (ERC), ang Engineering and Physical Science Research Council (EPSRC), at ang Royal Society.

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.