Key Takeaways
- Diamanten könnten eines Tages verwendet werden, um riesige Mengen an Informationen zu speichern.
- Forscher versuchen, die seltsamen Effekte der Quantenmechanik zu nutzen, um Informationen zu speichern.
- Experten sagen jedoch, dass Sie in absehbarer Zeit keine Quantenfestplatte in Ihrem PC erwarten sollten.
Diamanten könnten der Schlüssel zum Speichern großer Datenmengen sein.
Forscher in Japan haben einen reinen und leichten Diamanten für den Einsatz in Quantencomputern geschaffen, der zu neuen Arten von Festplatten führen könnte. Es ist Teil einer laufenden Anstrengung, die seltsamen Effekte der Quantenmechanik zu nutzen, um Informationen zu speichern.
"Im Gegensatz zu unseren klassischen Computern, die mit Binärziffern (oder 'Bits'), also 0 und 1, arbeiten, verwenden Quantencomputer 'Qubits', die sich in einer linearen Kombination zweier Zustände befinden können", David Bader, ein Informatikprofessor am New Jersey Institute of Technology, der Quantenspeicher studiert, sagte Lifewire in einem E-Mail-Interview. "Das Speichern von Qubits ist schwieriger als das Speichern von klassischen Bits, da Qubits nicht geklont werden können, fehleranfällig sind und eine kurze Lebensdauer von Bruchteilen einer Sekunde haben."
Quantenerinnerungen
Forscher haben lange die Hypothese aufgestellt, dass Diamanten als Quantenspeichermedium verwendet werden könnten. Die kristallinen Strukturen können zum Speichern von Daten als Qubits verwendet werden, wenn sie nahezu stickstofffrei hergestellt werden können. Der Herstellungsprozess ist jedoch komplex, und die bisher hergestellten Diamanten sind für praktische Zwecke zu klein.
Adamant Namiki Precision Jewelry Company und Forscher der Saga University behaupten, ein neues Herstellungsverfahren entwickelt zu haben, mit dem Diamantwafer hergestellt werden können, die zwei Zoll groß und rein genug für praktische Anwendungen sind.„Ein 2-Zoll-Diamantwafer ermöglicht theoretisch genug Quantenspeicher, um 1 Milliarde Blu-ray-Discs aufzuzeichnen“, schrieb das Unternehmen in der Pressemitteilung. "Das entspricht allen an einem Tag weltweit verteilten mobilen Daten."
Bader sagte, dass dieser Diamant-Speicher-Ansatz darauf beruht, das Qubit als Kernspin zu speichern. „Physiker haben beispielsweise gezeigt, wie ein Qubit im Spin eines Stickstoffatoms gespeichert wird, das in einen Diamanten eingebettet ist“, fügte er hinzu.
Vielversprechende Forschung
Diamanten sind nur eine Möglichkeit, wie Quantencomputer Daten speichern könnten. Wissenschaftler verfolgen zwei Richtungen für den Bau von Quantenspeichern, eine mit Lichtübertragung und die andere mit physikalischen Materialien, sagte Bader.
"Qubits können durch die Amplitude und Phase des Lichts dargestellt werden", fügte Bader hinzu. „Licht wird auch im Gradientenechospeicher des Quantencomputers verwendet, wo die Lichtzustände in die Anregung von Atomwolken abgebildet werden und das Licht später ‚nicht absorbiert‘werden kann. Leider ist es jedoch unmöglich, sowohl die Amplitude als auch die Phase zu messen, ohne das Licht zu stören. Wir können uns also Licht als eine Möglichkeit vorstellen, Qubits zu transportieren – ähnlich wie ein klassisches Computernetzwerk."
Noch exotischere Materialien als Diamanten werden in Betracht gezogen. Anfang dieses Jahres verwendeten Wissenschaftler ein Qubit aus einem Ion des Seltenerdelements Ytterbium, das auch in Lasern verwendet wird, und betteten dieses Ion in einen transparenten Kristall aus Yttriumorthovanadat ein. "Die Quantenzustände wurden dann mit optischen und Mikrowellenfeldern manipuliert", sagte Bader.
Quantenspeicher könnten potenziell Probleme umgehen, indem sie Festplatten herstellen, die groß genug sind. Bader wies darauf hin, dass klassische Computerspeichersysteme, wie sie in PCs vorhanden sind, linear in der Menge der von klassischen Bits gespeicherten Informationen wachsen. Wenn Sie beispielsweise Ihre Festplatte von 512 GB auf 1 TB verdoppeln, haben Sie die Menge an Informationen, die Sie speichern können, verdoppelt, sagte er.
Qubits sind "phänomenal" zum Speichern von Informationen, und die dargestellte Informationsmenge wächst exponentiell mit der Anzahl der Qubits. „Zum Beispiel verdoppelt das Hinzufügen von nur einem weiteren Qubit zu einem System die Anzahl der Zustände“, sagte Bader.
Vasili Perebeinos, ein Professor an der State University of New York Buffalo, der an einem Quantenspeicher arbeitet, sagte Lifewire in einem E-Mail-Interview, dass Forscher versuchen, Festkörpermaterialien zu identifizieren, die für die Quantendatenspeicherung nützlich sein könnten.
Das Speichern von Qubits ist schwieriger als das Speichern klassischer Bits, da Qubits nicht geklont werden können, fehleranfällig sind und eine kurze Lebensdauer von Sekundenbruchteilen haben.
"Der Vorteil des Festkörper-Quantenspeichers liegt in der Fähigkeit, die Komponenten des Quantennetzwerks zu miniaturisieren und zu skalieren", sagte Perebeinos.
Erwarten Sie jedoch nicht in absehbarer Zeit eine Quantenfestplatte in Ihrem PC. Bader sagte, dass „es Jahre und möglicherweise sogar Jahrzehnte dauern wird, um ausreichend große Quantencomputer mit einer ausreichenden Anzahl von Qubits zu bauen, um reale Anwendungen zu lösen.“
