211service.com
Ceļā uz kvantu internetu
Kvantu datoru solījums ir pārsteidzoši liels: gandrīz tūlītēja problēmu risināšana un pilnīgi droša datu pārraide. Tomēr lielākoties neliela mēroga kvantu skaitļošanas demonstrācijas joprojām ir izolētas laboratorijās visā pasaulē. Tagad Prem Kumar , Ziemeļrietumu universitātes elektrotehnikas un datorzinātņu profesors, ir spēris soli, lai kvantu skaitļošana kļūtu praktiskāka. Kumars un viņa komanda ir parādījuši, ka viņi var izveidot kvantu loģikas vārtus - kvantu datora pamatkomponentu - optiskās šķiedras ietvaros. Vārti varētu būt daļa no ķēdes, kas droši pārraida informāciju simtiem kilometru šķiedru garumā no viena kvantu datora uz otru. To var izmantot arī, lai atrastu risinājumus sarežģītām matemātiskām problēmām.
Sapītais tīmeklis: Šī laboratorijas stenda optiskie komponenti, piemēram, spoguļi un filtri, ļauj pētniekiem Prem Kumar laboratorijā Ziemeļrietumu universitātē virzīt un manipulēt ar gaismu. Kumara jaunākajā darbā viņš ir izveidojis kvantu loģikas vārtus optiskajā šķiedrā; šādi vārti galu galā varētu nodrošināt kvantu datoru tīklus.
Loģiskie vārti ir ierīce, kas saņem ievadi, veic ar to loģisku darbību un rada izvadi. Kumar izveidotajam vārtu veidam, ko sauc par vadāmiem vārtiem, ir klasisks skaitļošanas analogs, kas nedaudz pagriežas, reģistrējot 1 pret 0 un otrādi. Kvantu loģikas vārti, piemēram, Kumar, ir būvēti jau iepriekš, taču tie strādāja ar lāzera stariem, kas gāja caur gaisu, nevis caur šķiedru. Jaunie vārti liek pamatu eksperimentiem, kas parāda kvantu datoru spējas šķiedrā, saka Kumars. Viņš saka, ka aizraujošākais ir tas, ka lietojumprogramma ir sasniedzama. Nākamā gada laikā Kumars un viņa komanda plāno pārbaudīt vārtus konkrētā lietojumprogrammā: veikt kompleksu izsoli drošā kvantu tīklā.
Pētnieki IBM, MIT un daudzās citās korporācijās un universitātēs ir strādājuši pie kvantu datoriem kopš to ierosināšanas 1980. gados. Kvantu dators ir ierīce, kas apstrādā informācijas bitus, izmantojot daļiņu, piemēram, elektronu un fotonu, dīvainās kvantu mehāniskās īpašības. Kvantu dators teorētiski spēj apstrādāt eksponenciāli vairāk informācijas nekā klasiskie datori. Informācijas vienība klasiskajā datorā ir bits, kas apzīmē vai nu 1, vai 0; bet kvantu datorā tas ir kubits, kas vienlaikus var attēlot gan 1, gan 0. Tā kā kubiti tiek aprēķināti ar vairākām vērtībām vienlaikus, kvantu datora apstrādes jauda dubultojas ar katru papildu kubitu. Šis raksturlielums ļautu kvantu datoram ar tikai pāris simtiem kubitu ievērojami pārspēt mūsdienu labākos superdatorus.
Kumar grupa veido kubitus no fotoniem, kas ir sapinušies. Tas nozīmē, ka to fizikālās īpašības, piemēram, polarizācija, ir saistītas tā, ka, ja viens fotons pieņem noteiktu fizisko stāvokli, atbilstošais fotons uzreiz uzņem atbilstošu stāvokli. Pirms dažiem gadiem Kumar pierādīja, ka pati optiskā šķiedra var izraisīt fotonu sapīšanu un ka tie paliks sapinušies 100 kilometru attālumā. Viņa nesenais darbs, kas aprakstīts Fiziskās apskates vēstules , iet vienu soli tālāk, izveidojot loģiskos vārtus, kas sapinās fotonu pārus.
Lai izmantotu šos vārtus, Kumaram ir nepieciešami fotoni, kas ir identiski visos veidos, izņemot polarizāciju vai to elektromagnētisko lauku orientāciju. Šie identiski fotoni tiek nosūtīti caur optisko šķiedru uz pašiem vārtiem, nelielu ierīču labirintu, kas novirza fotonus dažādos virzienos atkarībā no par to polarizāciju. Izejot cauri labirintam, daži fotonu pāri sapinās. Bet ne visi fotoni tiek cauri vārtiem; tikai tad, kad fotoni sasniedz detektorus otrā galā un pētnieki var izmērīt, vai tie ir sapinušies, viņi zina, ka vārti ir veiksmīgi.
Vienīgais veids, kā uzzināt, vai vārti darbojās, ir gaidīt, kamēr uz tiem tiks izšauta fotonu kolekcija, saka Kārlis Viljamss , koordinators kvantu informācijas programma Nacionālajā standartu un tehnoloģiju institūtā. Lielāko daļu laika vārti neizdodas, viņš saka. Tā ir varbūtības lieta. Bet, kad vārti neizdodas, pētnieki vienkārši neņem vērā nesasaistītos fotonus.
Viljamss saka, ka lieliskā lieta šajā darbā ir tā, ka tas ir šķiedrā. Tas ir liels darījums, jo tas var novest pie izplatītiem tīkliem. … Acīmredzams pielietojums ir paredzēts liela attāluma kvantu saziņai starp diviem mazākiem kvantu datoriem. Viens no būtiskākajiem elementiem parastajā optiskajā tīklā ir ierīce, ko sauc par atkārtotāju, kas pastiprina signālus, kas ir pasliktinājušies attāluma laikā. Viljamss saka, ka kvantu loģiskos vārtus, piemēram, Kumara uzbūvētos, varētu izmantot ķēdē, kas pastiprina signālu, nezaudējot fotonu saķeri.
Tas ir svarīgs solis ceļā uz kvantu interneta izveidi, saka Sets Loids , mašīnbūves profesors MIT un vadošais kvantu skaitļošanas pētnieks. Šādam tīklam būtu tādas iespējas, kādas nav parastajam internetam, viņš saka. Konkrēti, saziņa pa kvantu internetu būtu automātiski droša.
Loids atzīmē, ka Kumara raksts ilustrē, kā vienkāršu kvantu loģikas darbību var veikt, izmantojot atsevišķus fotonus. Pašreizējais dokuments ir ievērojams progress kvantu skaitļošanas un kvantu tīklu tehnoloģijā, viņš saka.