Forskere har laget det største og mest komplekse kvante-datanettverket ennå, og har fått 20 forskjellige sammenfiltrede kvantebiter, eller qubits, til å snakke med hverandre.
Teamet var da i stand til å lese ut informasjonen som finnes i alle de såkalte qubits, og laget en prototype på "korttidsminne" for datamaskinen. Mens tidligere anstrengelser har viklet inn større grupper av partikler i ultracold lasere, er dette første gang forskere har klart å bekrefte at de faktisk er i et nettverk.
Studien deres, som ble publisert 10. april i tidsskriftet Physics Review X, skyver kvantecomputere til et nytt nivå, og kommer nærmere den såkalte "kvantefordelen", der qubits overgår de klassiske bitene av silisiumbrikkebaserte datamaskiner, sa forskerne. .
Fra bit til qubits
Tradisjonell databehandling er basert på et binært språk på 0s og 1s - et alfabet med bare to bokstaver, eller en serie kloder som vippes til enten nord- eller sørpolen. Moderne datamaskiner bruker dette språket ved å sende eller stoppe strømmen av elektrisitet gjennom metall- og silisiumkretsløp, bytte magnetisk polaritet eller bruke andre mekanismer som har en dobbel "på eller av" tilstand.
Imidlertid bruker kvantecomputere et annet språk - med et uendelig antall "bokstaver."
Hvis binære språk bruker nord- og sørpolen av kloden, ville kvanteberegning bruke alle punktene i mellom. Målet med kvanteberegning er også å bruke alt området mellom polene.
Men hvor kan et slikt språk skrives? Det er ikke som du kan finne kvantemateriale i jernvarebutikken. Så teamet har fanget kalsiumioner med laserstråler. Ved å pulse disse ionene med energi, kan de flytte elektroner fra et lag til et annet.
I fysikk på videregående skole spretter elektronene mellom to lag, som en bil som skifter felt. Men i virkeligheten eksisterer ikke elektroner på ett sted eller ett lag - de eksisterer i mange på samme tid, et fenomen kjent som kvantesuperposisjon. Denne rare kvanteatferden gir en sjanse for å utvikle et nytt dataspråk - et som bruker uendelige muligheter. Mens klassisk databehandling bruker biter, blir disse kalsiumionene i superposisjon kvantebiter, eller qubits. Mens tidligere arbeid hadde skapt slike qubits før, er trikset for å lage en datamaskin å få disse qubitsene til å snakke med hverandre.
"Å ha alle disse individuelle ionene på egen hånd er egentlig ikke den tingen du er interessert i," sa Nicolai Friis, førsteforfatter på papiret og seniorforsker ved Institute for Quantum Optics and Quantum Information i Wien, til Live Science. "Hvis de ikke snakker med hverandre, er alt du kan gjøre med dem en veldig kostbar klassisk beregning."
Snakkende biter
For å få qubits til å "snakke" i dette tilfellet, avhengige av en annen bisarr konsekvens av kvantemekanikk, kalt sammenfiltring. Forviklinger er når to (eller flere) partikler ser ut til å fungere på en koordinert, avhengig måte, selv når de er adskilt med store avstander. De fleste eksperter tror sammenfiltring av partikler vil være nøkkelen som kvanteberegningskatapulter fra laboratorieeksperiment til databehandlingsrevolusjon.
"For tjue år siden var sammenfiltring av to partikler en stor avtale," sa medforfatter Rainer Blatt, en fysikkprofessor ved University of Innsbruck i Østerrike, til Live Science. "Men når du virkelig går og vil bygge en kvantecomputer, må du jobbe med ikke bare si fem, åtte, 10 eller 15 qubits. Til slutt må vi jobbe med mange, mange flere qubits."
Teamet klarte å sammenfiltrere 20 partikler i et kontrollert nettverk - fremdeles ikke til en ekte kvantedatamaskin, men hittil det største nettverket. Og selv om de fremdeles trenger å bekrefte at alle de 20 er fullt sammenfiltret med hverandre, er det et solid skritt mot fremtidens superdatamaskiner. Til dags dato har ikke qubits overgått de klassiske datamaskinbitene, men Blatt sa at det øyeblikket - ofte kalt kvantefordelen - kommer.
"En kvantecomputer kommer aldri til å erstatte klassiske datamaskiner; den vil legge til dem," sa Blatt. "Disse tingene kan gjøres."
