Key Takeaways
- Einfache mechanische Geräte inspirierten einen kürzlichen Fortschritt im Quantencomputing.
- Stanford-Forscher erfanden eine Computertechnik mit akustischen Geräten, die Bewegungen nutzen.
- Quantum Computing hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht, insbesondere durch die Demonstration der sogenannten Quantenüberlegenheit.
Agnetta Cleland
Praktische Quantencomputer könnten dank neuer Forschung, die von einfachen mechanischen Geräten inspiriert wurde, der Realität einen Schritt näher kommen.
Forscher der Stanford University behaupten, ein entscheidendes experimentelles Gerät für zukünftige quantenphysikbasierte Technologien entwickelt zu haben. Die Technik umfasst akustische Instrumente, die Bewegungen nutzen, wie z. B. den Oszillator, der Bewegungen in Telefonen misst. Es ist Teil einer wachsenden Anstrengung, die seltsamen Kräfte der Quantenmechanik für die Datenverarbeitung nutzbar zu machen.
"Während viele Unternehmen heute mit Quantencomputern experimentieren, sind praktische Anwendungen jenseits von 'Proof-of-Concept'-Projekten wahrscheinlich 2-3 Jahre entfernt", sagte Yuval Boger, Chief Marketing Officer des Quantencomputerunternehmens Classiq, gegenüber Lifewire ein E-Mail-Interview. „In diesen Jahren werden größere und leistungsfähigere Computer eingeführt und Softwareplattformen eingeführt, die es ermöglichen, die Vorteile dieser kommenden Maschinen zu nutzen."
Die Rolle mechanischer Systeme im Quantencomputing
Die Forscher in Stanford versuchen, die Vorteile mechanischer Systeme auf die Quantenskala zu bringen. Laut ihrer kürzlich in der Zeitschrift Nature veröffentlichten Studie haben sie dieses Ziel erreicht, indem sie winzige Oszillatoren mit einem Sch altkreis verbunden haben, der Energie in einem Qubit oder Quanten-„Bit“von Informationen speichern und verarbeiten kann. Die Qubits erzeugen quantenmechanische Effekte, die fortschrittliche Computer antreiben könnten.
Die Art und Weise, wie die Realität auf quantenmechanischer Ebene funktioniert, unterscheidet sich stark von unserer makroskopischen Erfahrung der Welt.
"Mit diesem Gerät haben wir einen wichtigen nächsten Schritt bei dem Versuch gezeigt, Quantencomputer und andere nützliche Quantengeräte auf der Grundlage mechanischer Systeme zu bauen", sagte Amir Safavi-Naeini, der leitende Autor des Papiers, in der Pressemitteilung. „Wir wollen im Wesentlichen ‚mechanische quantenmechanische‘Systeme bauen.“
Die Herstellung der winzigen mechanischen Geräte hat viel Arbeit gekostet. Das Team musste Hardwarekomponenten mit Auflösungen im Nanometerbereich herstellen und sie auf zwei Silizium-Computerchips setzen. Die Forscher stellten dann eine Art Sandwich her, bei dem die beiden Chips zusammengeklebt wurden, sodass die Elemente auf dem unteren Chip denen auf der oberen Hälfte gegenüberstanden.
Der untere Chip hat einen supraleitenden Aluminiumsch altkreis, der das Qubit des Geräts bildet. Durch das Senden von Mikrowellenimpulsen in diesen Sch altkreis werden Photonen (Lichtteilchen) erzeugt, die ein Informations-Qubit in der Maschine kodieren.
Im Gegensatz zu herkömmlichen elektrischen Geräten, die Bits als Spannungen speichern, die entweder eine 0 oder eine 1 darstellen, können Qubits in quantenmechanischen Geräten auch Kombinationen von 0 und 1 gleichzeitig darstellen. Das als Superposition bekannte Phänomen ermöglicht es einem Quantensystem, in mehreren Quantenzuständen gleichzeitig auszutreten, bis das System gemessen wird.
"Die Art und Weise, wie die Realität auf quantenmechanischer Ebene funktioniert, unterscheidet sich stark von unserer makroskopischen Erfahrung der Welt", sagte Safavi-Naeini.
Agnetta Cleland
Fortschritte im Quantencomputing
Die Quantentechnologie schreitet schnell voran, doch es gibt Hürden zu nehmen, bevor sie für praktische Anwendungen bereit ist, sagte Itamar Sivan, der CEO von Quantum Machines, Lifewire in einem E-Mail-Interview.
"Quantum Computing ist wahrscheinlich der herausforderndste Mondschuss, mit dem wir als Gesellschaft derzeit beschäftigt sind", sagte Sivan. "Damit es praktikabel wird, sind erhebliche Fortschritte und Durchbrüche in mehreren Schichten des Quantencomputer-Stacks erforderlich."
Derzeit werden Quantencomputer von Rauschen heimgesucht, was bedeutet, dass Qubits im Laufe der Zeit so laut werden, dass wir die darauf befindlichen Daten nicht mehr verstehen können, und sie werden nutzlos, Zak Romaszko, ein Ingenieur bei der sagte das Unternehmen Universal Quantum in einer E-Mail.
"In der Praxis bedeutet dies, dass Algorithmen für Quantencomputer nur auf eine geringe Zeit oder Anzahl von Operationen begrenzt sind, bevor sie versagen", sagte Romaszko. "Es ist nicht klar, ob dieses laute Regime praktische Ergebnisse liefern kann, obwohl mehrere Forscher glauben, dass die Simulation von Grundchemikalien in Reichweite ist."
Quantum Computing hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht, vor allem mit der Demonstration der sogenannten „Quantenüberlegenheit“, bei der ein Quantencomputer eine Operation durchführte, von der die Autoren behaupteten, dass eine normale Maschine etwa 10.000 benötigt hätte Jahre zu absolvieren. „Es gab einige Diskussionen darüber, ob ein normaler Computer so lange gebraucht hätte, aber es ist immer noch eine bemerkenswerte Demonstration“, sagte Romaszko.
Sobald die technischen Hürden genommen sind, prognostiziert Sivan, dass Quantencomputer innerhalb weniger Jahre einen signifikanten Einfluss auf alles haben werden, von der Kryptografie bis zur Entdeckung von Impfstoffen.„Stellen Sie sich vor, wie anders die Covid-19-Pandemie gewesen wäre, wenn Quantencomputer in der Lage gewesen wären, in einem Bruchteil der Zeit einen Impfstoff zu entdecken“, sagte er.
