Categorie archieven: kwantumcomputer

Kwantumwereld nog ‘gestoorder’ dan gedacht

Geplaatst op door
Beantwoorden
Hans Bethe (1996)

Hans Bethe in 1996. Hij voorspelde in 1931 al het gedrag van ‘verstoorde’ atomen (foto: Cornell-universiteit)

Kwantummechanica zal niet ophouden mij  te verbazen (en ik ben niet de enige). Ik geloof dat het de grote Deen Niels Bohr was die zei dat iemand die zei de kwantumwereld te begrijpen er niks van begrepen had. In het wetenschapsblad Nature staan twee artikelen, een van Amerikaanse en een van Europese origine, die weer nieuw ontdekte capriolen in de toch al vreemde kwantumwereld blootleggen: fotonen die elkaar aantrekken (het Amerikaanse onderzoek) en atomen die paarsgewijs ‘omkieperen’. Dan beginnen meteen de oogjes te glinsteren van de lieden die zich bezig houden met de ontwikkeling van de kwantumcomputer: weer wat ‘handgreepjes’ om met behulp van die malle kwantumwereld te rekenen en moeilijke problemen op te lossen.
Lees verder →

D-wave slaagt voor wiskundetentamen, maar …?

Geplaatst op door
Beantwoorden
De D-Wave-computer

Het hart van het Ding met de 512-kwantumbitschip (foto: D-Wave Systems)

Je zou kunnen zeggen dat het de knapste leerling van de school of misschien toch wel het hele land is, maar komt dat niet doordat hij vals speelt? Hoe hij het flikt mag Joost weten, maar hij flikt het. Is het nu een kwantumcomputer, dat ding van het Canadese bedrijf D-Wave Systems of is het listige nep? De beste leerling van het land (wereld?) heeft weer een kunstje geflikt. Hij schijnt het moeilijk te kraken Ramsey-probleem tot een goed einde te hebben gebracht: hoeveel mensen moet je op een feestje uitnodigen om er zeker van te zijn dat een subset daarvan elkaar wel kennen en een andere niet? De ‘oplossing’ van dit ‘feestprobleem‘, de Ramsey-getallen wordt met groeiend aantal feestgangers steeds lastiger te berekenen, is bewonderenswaardig, maar het Ding heeft geen nog onbekende Ramseygetallen berekend. Dat komt met de derde generatie, verwacht in 2015. Lees verder →

Elektrisch regelbare kwantumbits gemaakt

Geplaatst op door
Beantwoorden

Kwantumpunt-triplet

Een chip van galliumarsenide met een elektrisch stuurbaar kwantumpunt, bestaand uit drie kwantumbits (onder). De grote rode punt is de uitleessensor (foto: onderzoekscentrum Jülich)


Er wordt veel beloofd als het over de kwantumcomputer gaat. Die wordt vaak als razendsnelle alleskunner gepresenteerd , maar is dat niet. Bovendien moet nog maar eens duidelijk worden hoe zo’n rekentuig in de gewonemensenwereld functioneren kan, want de kwantumwereld heeft kuren waar wij, aardlingen, niet goed mee kunnen omgaan. Zoals bekend (mag worden verondersteld) werkt de ‘normale’ computer met enen en nullen, de transistoren op een chip die aan (1) of uit (0) kunnen staan. Een kwantumcomputer werkt met kwantumbits, waarvan je niet weet welke kwantumpositie die hebben (dan komt vaak de kat van Schrödinger langs). De grote vraag is nog steeds hoe je die ongrijpbare kwantumdingetjes (het is allemaal erg nano) in de greep kunt houden om er uiteindelijk iets nuttigs mee te kunnen doen.
Die kwantumbits kun je op verschillende manieren realiseren. Een van die technieken om een kwantumbit te maken is het kwantumpunt, een soort potentiaalput voor, bijvoorbeeld, elektronen. Met die kwantumbits moet je kunnen rekenen en dus manipuleren. Met een enkel kwantumpunt is dat lastig, maar met een triplet (drie kwantumpunten, dus) zou dat allemaal veel makkelijker zijn was een voorspelling. Aan het onderzoekscentrum Jülich (Duitsland) is zo’n triplet gemaakt, waarmee het gelijk van de voorspelling zou zijn bewezen. Nou maar eens eindelijk een echte kwantumcomputer bouwen. De ontwikkeling begint een beetje op die van kernfusie te lijken: al jaren is de voorspelling dat we die over 50 jaar in de praktijk kunnen verwachten.

Bron: Alpha Galileo

Gegevens over 6 mm geteleporteerd

Geplaatst op door
Beantwoorden
Teleportatie

Een mier op de supergeleidende schakeling (foto ETH)

Onderzoekers van de Zwitserse hogeschool ETH te Zürich, zouden voor het eerst informatie in een vastestofsysteem (namelijk een computerchip) hebben geteleporteerd. Teleportatie is een verschijnsel waarbij zaken (niet per se materie) worden verplaatst, zonder dat die de tussenliggende ruimte hoeven te doorkruisen. Het bleek mogelijk informatie op een chip over 6 mm te verplaatsen, zonder dat er een fysieke verbinding tussen beide locaties (de zender en de ontvanger) was. Bij deze ‘verplaatsingsloze’ overdracht speelt het mysterieuze begrip verstrengeling een wezenlijke rol, een verschijnsel waarbij een deeltje (dat is, bijvoorbeeld, een elektron of een proton) op afstand de kwantumtoestand van een ander (zelfde) deeltje ‘aanvoelt’.
Normaal wordt informatie overgedragen door elektromagnetische pulsen, maar in dit geval wordt de informatiedrager (de pulsen in de ‘klassieke’ telecommunicatie) niet zelf verplaatst, maar alleen de informatie, legt onderzoeker Andreas Wallraff uit. Die verstrengeling tussen twee deeltjes moet eerst tot stand worden gebracht, waarna beide deeltjes kunnen worden gescheiden.
De verplaatsing van 6 mm lijkt weinig in vergelijking met andere soortgelijke experimenten. Zo teleporteerden Australische onderzoekers bijna een jaar geleden informatie over meer dan 140 km tussen de Canarische eilanden La Palma en Tenerife. Het ETH-experiment zou fundamenteel anders zijn dan het Australische. De Australiërs gebruikten zichtbaar licht en een optische systeem voor hun proeven, de Zwitsers supergeleidende geïntegreerde schakelingen. “Dat is interessant”, zegt Wallraff, “omdat die schakelingen een belangrijk onderdeel zullen vormen van een toekomstige kwantumcomputer.” Daarbij is de verbinding die de ETH-onderzoekers gebruikten uiterst snel: 10 000 kwantumbits/s (een kwantumbit is een eenheid kwantuminformatie).
Het is nu de bedoeling van de onderzoekers de afstand tussen zender en ontvanger op te voeren. Op termijn zouden die afstanden moeten lijken op die zoals bereikt met licht. In vergelijking met het huidige datatransport is de informatiedichtheid bij teleportatie veel groter, al was het alleen maar doordat kwantumbits meer informatie bevatten dan de ‘klassieke’ bits.

Bron: Eurekalert

Licht komt tot stilstand

Geplaatst op door
Beantwoorden
George HGeorge Heinze (uni. van Darmstadt)

George Heinze (univ. van Darmstadt)

Licht is het snelste ‘medium’ op aarde, maar onderzoekers van de universiteit van Darmstadt zijn er in geslaagd licht een minuut lang tot stilstand te brengen. In normale doen legt licht in die tijd een afstand van 18 miljoen km af. De onderzoekers beschrijven hun prestatie in het wetenschapsblad Physical Review Letters. In 1999 waren onderzoekers er al in geslaagd om de lichtsnelheid van 300 miljoen m/s (in vacuüm) terug te brengen tot 17 m/s. Twee jaar later lukte het om licht een fractie van een seconde stil te zetten. Het oude record eerder dit jaar gevestigd stond op 16 seconde waarbij de hulp van koude atomen werd gebruikt.
Om het nieuwe record te vestigen hebben George Heinze en zijn medewerkers van de Duitse universiteit  laserlicht losgelaten op een kristal, waardoor de atomen in een superpositie van twee kwantumtoestanden terechtkwamen. Daardoor werd het aanvankelijk opake kristal in een klein frekwentiegebied doorzichtig. Een tweede laserstraal werd gebruikt om de eerste uit te schakelen en daarmee het ‘doorzichtigheidsvenster’ te sluiten. De opsluittijd van het licht gevangen in het kristal is afhankelijk van de superpositie van het bestraalde opake kristal. Die tijd wordt verlengd door een magnetisch veld, maar dat geeft weer problemen met de lasers. Toch zijn de onderzoekers er in geslaagd om met een ‘mix’ van laserlicht en magneetvelden het licht een minuut lang vast te houden.
Ze gebruikten de ‘val’ (lichtval had ik willen zeggen, maar dat woord heeft al een andere betekenis) ook om een plaatje met 3 strepen op te slaan. Heinze: “We hebben aangetoond dat je complexe informatie in de lichtstraal kunt opslaan.”
Tienden van seconden zijn nodig voor een kwantumherhaler, die een lichtstraal stopt en weer verstuurd en die gebruikt wordt voor de beveiliging van een verbinding over lange afstanden. Volgens Heinze is het mogelijk licht nog langer op te slaan met andere kristallen.

Bron: New Scientist

Google koopt met NASA kwantum(?)computer

Geplaatst op door
Beantwoorden

De kwantum(?)computer van D-Wave Google gaat samen met de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA een computer kopen van D-Wave Systems. Het bedrijf, gevestigd in het Canadese Burnaby, zegt de eerste te zijn die een functionele kwantumcomputer heeft gebouwd, maar er zijn nog steeds grote twijfels over of dat werkelijk zo is. De computer, die $ 10 miljoen (€ 8 miljoen; volgens de BBC $ 15 miljoen) zou kosten, zou geen kwantumcomputer zijn, maar bepaalde aspecten uit de kwantummechanica gebruiken. Recent onderzoek zou hebben aangetoond dat het apparaat van D-Wave wel degelijk een kwantumcomputer is.
Google wil de computer (de D-WaveTwo; Lockeed Martin kocht eerder de One), die bij de NASA komt te staan, voor met name machineleren gebruiken. Dat komt te pas bij patroonherkenning, maar ook bij kunstmatige intelligentie. Voor dat soort klusjes zijn kwantumcomputers bij uitstek geschikt. De NASA zal de computer gebruiken voor het oplossen van plannings- en roosterproblemen. Onlangs toonde vergelijkend onderzoek aan dat de D-Wave bij bepaalde problemen de oplossing 3600 maal sneller vindt dat ‘gewone’ computers. Bij andere rekenklussen was er nauwelijks verschil.

Bronnen: BBC, New Scientist (foto BBC)

En weer een record met kwantumcomputers

Geplaatst op door
Beantwoorden

Er wordt een hoop onzin verteld over de kwantumcomputer. Die is niet dé oplossing voor al onze rekenproblemen, maar even zo goed zijn er wel een paar dingen die dat ‘beestje’ beter kan dan de ouderwetse 0-1-machines die we nu gebruiken.
Het kwantumkind ontwikkelt zich met horten en stoten. Er is weer eens een record gebroken door een kwantumcomputer van het Amerikaanse bedrijf D-Wave Systems, dat al jaren stevig aan de kwantumweg timmert. Het zou zijn gebleken dat de kwantumcomputer van het bedrijf in één geval een optimalisering 3600 maal sneller voor elkaar had dan een ‘oude 1-0-stuntel’ van IBM. Catherine C. McGeoch van het Amherst College, die bij de ‘wedstrijd’ betrokken was, stelde echter dat het niet gaat om kwantum of geen kwantum, maar hoe goed het werkt. “Dit is niet het definitieve oordeel over kwantumrekenen”, zei ze tegen de New York Times.
Kwantumcomputer soms (veel) sneller
Optimalisering lijkt een van de terreinen te zijn waarop kwantumcomputers beter zijn dan de digitale. McGoech heeft drie optimaliseringsproblemen aan de twee rivaliserende computers voorgelegd. In twee daarvan was de kwantumcomputer iets sneller, in de derde, dus, aanmerkelijk rapper.
Het Amerikaanse bedrijf D-Wave heeft de afgelopen jaren nogal eens kritiek gehad. Zo zouden hun eerste protocomputers geen echte kwantumcomputer zijn geweest. Het bedrijf liet zich niet graag in zijn kaart (=het binnenste van de computer) kijken. Tegenwoordig zou volgens de New York Times veel minder reden voor skepsis zijn. Het bedrijf schijnt zelfs een werkende kwantumcomputer aan Lockeed Martin te hebben verkocht.
McGeoch test al jaren de prestaties van computers. Ze denkt dat de kwantumcomputers nog beter kunnen worden. Dan zou best kunnen, maar dan toch zeker op een enkel terrein. Hét grote probleem van de kwantumcomputer is zijn gebrekkige stabiliteit. In theorie kan dat ding van alles, maar bouw maar eens een betrouwbaar, stabiel systeem. Dat is de grote uitdaging zegt ook iemand in een reactie op het webartikel van de New York Times.

Bron: New York Times

Kwantumcomputer (weer) een stapje dichterbij

Geplaatst op door
Beantwoorden

Er is volop activiteit op het gebied van kwantumcomputers, maar of die magische (en sterk overschatte) computer daarmee dichterbij komt, is nog maar de vraag. Nu weer kondigen onderzoekers van de Australische universiteit van New South Wales aan dat ze een werkende kwantumbit hebben gefabriceerd van een enkele atoomkern. Zo’n kern draait, linksom of rechtsom. Die zogeheten kernspin heeft dus twee posities (+ en – of 1 en 0). Dat lijkt op de ‘ouderwetse’ computer, met dat verschil dat de kwantumwereld een bijzonder vreemde is. In die wereld kan de spin én + én – zijn, de zogeheten superpositie.
Toch blijk je met die onzekerheid een ‘kwantumhardeschijf’ te kunnen bouwen (want daar gaat het hier eigenlijk om). Om die kwantumbit uit te lezen gebruikten de Australiërs kernspinresonatie; een techniek die al langer in gebruik is bij chemici, maar sinds de introductie in de medische techniek (MRI) ook bij de gewone aardbewoner bekend is. Met die techniek manipuleerden ze de afzonderlijke kwantumbits (fosforkernen) bedoeld om het opslaan van gegevens na te bootsen en het weer uitlezen van die gegevens. “We bereikten een uitleesbetrouwbaarheid van 99,8%”, stelt hoogleraar Andrew Dzurak. Die gerealiseerde nauwkeurigheid is even hoog als bij wat tot nu toe als de ideale kwantumbit wordt beschouwd: de ionval, een atoom in een elektromagnetische ‘val’ in een vacuümkamer, waarvoor in 2012 de Nobelprijs voor de natuurkunde werd uitgereikt.

Prof.Dzurak, student Jarryd Pla en Andrea Morello bij hun apparatuur

“Onze kwantumbit is even nauwkeurig als de ionvalqubit, maar je hebt geen vacuümkamer nodig en alles is te doen met de siliciumtechnologie zoals die nu gebruikelijk is”, zegt Dzuraks collega-onderzoeker Andrea Morello. Volgens de onderzoekers zou de gebruikte techniek volledig ongevoelig zijn voor verstoringen van buitenaf, een nogal hachelijk punt in de kwantumtechnologie.
De kernspinbits zijn vooral geschikt voor de opslag van gegevens, zo denken de onderzoekers. Voor het rekendeel van de kwantumcomputers komen kwantumbits die werken met de draaiing van elektronen (elektronspins) eerder in aanmerking, zo is hun verwachting. Eerder berichten de Australische onderzoekers, die samenwerken met de universiteit van Melbourne, over de ontwikkeling van een elektronspinkwantumbit. De Australische onderzoekers, die de kwantumbits in ‘eigen huis’ vervaardigen, werken aan de verbetering van de nauwkeurigheid door nog zuiverder silicium te gebruiken.
Dat is mooi, maar voorlopig is die kwantumcomputer er nog niet…

Bron: Eurekalert

Het kwantumgeheugen krijgt ‘vorm’

Geplaatst op door
Beantwoorden

Kwantumgeheugen Onderzoekers van het Amerikaanse instituut voor normen en technologie in Boulder en de naburige universiteit van Colorado hebben, naar eigen zeggen, voor het eerst een mechanisch kwantumgeheugenelement gemaakt, waarop gegevens van een kwantumcomputer kunnen worden opgeslagen en, zoals het hoort, ook weer kunnen worden gebruikt, zo meldt physicsworld.com. Het gaat om een mechanische oscillator, die bestaat uit een uiterst dun schijfje aluminium, dat verbonden is met een mikrogolfcircuit. De kwantuminformatie wordt omgezet in een mikrogolfsignaal dat naar het schijfje wordt getransporteerd, dat vervolgens gaat trillen als een trommelvel. De informatie kan weer worden gebruikt door de kwantumcomputer, door de trilling weer om te zetten in mikrogolven.
Het grote probleem met het opslaan van kwantumbits is dat dat nogal snel gestoord wordt door de ‘boze’, makroskopische buitenwereld. De ’trommelvellen’ die Konrad Lehnert en zijn collega’s hebben gebouwd ‘leven’ in een tussenwereld: klein genoeg om zich als kwantumsystemen te gedragen en groot genoeg om ze op een chip te zetten en te verbinden met andere kwantumbits. Elk schijfje weegt 48 pg (1 pg is 10 tot de -12de gram), heeft een doorsnede van 15 µg en is 0,1 µm dik (µ betekent een factor van 10 tot de -6de). Het geheugenelement werkt bij 25 graden boven het absolute nulpunt (- 248°C).
De kwantuminformatie wordt eerst gecodeerd in de vorm van een amplitude en fase van een mikrogolfpuls. Deze puls wordt via een golfgeleider naar een spiraalvormig resonantiecircuit gevoerd. Dat is zo ontworpen dat de gehele puls volledig wordt geabsorbeerd en omgezet in een trilling. Om de trilling uit te lezen (weer te gebruiken) wordt met behulp van een tweede mikrogolfsignaal het proces omgekeerd.
Dat geheugen is niet eeuwig. Verre van dat. Het bleek mogelijk de informatie gedurende 25 mikroseconden te bewaren zonder dat die ‘onleesbaar’ werd. Volgens Lehnert komt dat doordat het mikrogolfcircuit niet perfect is. Hij denkt de prestatie van het kwantumgeheugen te kunnen verbeteren, ook al doordat recentelijk nieuwe circuits zijn gedemonstreerd met een honderd keer kleiner informatieverlies dan dat van zijn circuits.
De mechanische circuits zouden ook kunnen worden gebruikt om kwantuminformatie om te zetten in, bijvoorbeeld, licht. Mikrogolven zijn prima geschikt om kwantuminformatie over te brengen in kleine, ‘steenkoude’ elementjes, maar kunnen dat niet over langere afstanden. Daar zou licht kunnen worden gebruikt.
Bron: physicsworld.com

Verstrengelde atomen

Geplaatst op door
Beantwoorden

Met behulp van een lichtdeeltje hebben natuurkundigen Lukas Slodička en Markus Hennrich van de universiteit van Innsbruck, voor zover bekend, voor de eerste keer twee van elkaar gescheiden atomen ‘verstrengeld’ met behulp van één foton (lichtdeeltje). Kwantumverstrengeling houdt in dat de toestand van het ene verstrengelde deeltje iets zegt over die van de ander. De deeltjes zijn, zou je kunnen zeggen, hun ‘onafhankelijkheid’ kwijt. Verstrengeling zou een rol kunnen spelen in, bijvoorbeeld, de communicatie tussen kwantumcomputers.
Volgens de onderzoekers is deze verstrengeling veel effectieverer dan wat tot nu toe vertoond is op dit terrein en is het mogelijk die verstrengeling veel gerichter te doen plaatsvinden.
KwantumverstrengelingLicht van het eerste atoom gaat direct en van het tweede via een spiegel naar de lichtgeleider. Op die manier wordt een afstand van 1 m tussen beide atomen gesimuleerd (foto: Uni Innsbruck)

Verstrengeling is voor ‘gewone mensen’ tamelijk onbegrijpbaar fenomeen waarbij deeltjes zelfs op grote afstand nog ‘weet’ hebben van elkaars kwantumtoestand. De verstrengeling die het tweetal gerealiseerd heeft, wordt veroorzaakt door een enkel foton (lichtdeeltje), zoals in 1999 voorspeld door de theoretici Carlos Cabrillo en Peter Zoller. Om de twee, in dit geval, bariumatomen te verstrengelen, werden ze in een zogeheten ‘ionenval’ gevangen, werd de temperatuur sterk verlaagd en werden de atomen aangeslagen (in een hogere energiestand gebracht). Licht dat ontstaat door terugval naar de niet-aangeslagen toestand van een atoom werd opgevangen in een lichtgeleider. Licht van het andere atoom werd via een spiegel in dezelfde lichtgeleider opgevangen om zo een ‘virtuele’; afstand tussen beide atomen te simuleren van 1 meter (gigantisch voor een atoom). Als de lichtdetector aan het eind van de lichtgeleider niet meer ‘weet’ van welk atoom het licht afkomstig is, betekent dat beide atomen kwantummechanisch verstrengeld zijn.
Het grote voordeel van deze methode is dat er veel minder vaak hoeft te worden gemeten om verstrengeling te constateren dan met de methoden die tot nu toe gebruikt worden.
Bron: Alpha Galileo