Forskare lyckas teleportera kvanttillstånd

UPPDATERAD! Forskningen kring kvantdatorer går framåt och nu presenteras ett framsteg som kan möjliggöra kommunikation och styrning av dessa datorer.

Att krympa tillverkningstekniken för kretsar har länge varit en metod för att rymma mer prestanda på mindre yta, men det finns en nedre gräns för hur långt krympningarna kan dras. Vid denna gräns upphör den klassiska fysikens lagar att gälla och istället tar kvantmekaniska varianter vid, en lagbok som dock har stor potential när egenskaperna nyttjas i kvantdatorer.

Kvantdatorer har i forsknings- och datorsammanhang länge varit något av den heliga graal, som i fungerande skick har beräkningskapacitet nog att snabbt lösa problem som tar superdatorer tusentals år. Tidigare under året presenterade Google att de nått ett genombrott på kvantdatorfronten, genom att lösa problem på ett fåtal minuter med kvantdatorn Sycamore, medan Google menar att 10 000 år krävs för superdatorer att åstadkomma detsamma. IBM är dock tveksamma.

Google_QuantumSupremacy_Sycamore2.jpg

Googles Sycamore-dator nådde en milstolpe tidigare under året.

Sycamore är bestyckad med 53 kvantbitar (eng. qubits) som dels är ett mått på kvantdatorns prestanda, dels beskriver det faktiska antalet bitar som maskinen är utrustad med. Till skillnad från en binär bit, som har värdet 1 eller 0, kan en kvantbit befinna sig i så kallad superposition och då motsvara båda värdena samtidigt. Nu rapporteras om ännu ett kvantgenombrott, som istället handlar om informationsöverföring.

Det är Tom's Hardware som skriver om en publikation i den vetenskapliga tidskriften Nature Physics (betalvägg). Artikeln beskriver att forskare lyckats skapa kretsar där information, kvanttillstånd, överförs mellan två kretsar med stöd av fenomenet kvantsammanflätning (eng. quantum entanglement). Följden av detta är att informationen oberoende av avstånd direkt kan registreras hos den mottagande kretsen, ett viktigt steg mot fungerande kvantdatorer och nätverk av sådana.

Kvantsammanflätning innebär att två partiklar har egenskaper som är direkt kopplade till varandra. Hos elektroner handlar det om i vilken riktning de spinner, vilket alltid är rakt motsatt hos två kvantsammanflätade sådana. Om den ena partikeln manipuleras sker omedelbart det motsatta i kretsen med de sammanflätade motsvarigheterna.

The flagship demonstration was a two-chip teleportation experiment, whereby the individual quantum state of a particle is transmitted across the two chips after a quantum measurement is performed. This measurement utilises the strange behaviour of quantum physics, which simultaneously collapses the entanglement link and transfers the particle state to another particle already on the receiver chip.

Ett gäckande problem inom kvantmekanik är att tillstånden kollapsar vid observation och information i traditionell mening kan inte överföras på detta vis. Artikelförfattaren Dan Llewellyn berättar att den viktigaste demonstrationen innebär att en avläsning sker av ett partikeltillstånd, som med traditionell elektronik överförs till den mottagande kretsen där tillståndet sedan kan återskapas.

I laboratoriemiljö överfördes imponerande 91 procent av datan korrekt mellan de två kretsarna. Värt att understryka är att överföringarna gjordes utan de kontroller och metoder som idag är självklara i andra system, där data ska transporteras utan fel. Att kunna styra kvantbitar och teleportera tillstånden med hjälp av kretsar är kärnan i artikeln.

In the future, a single silicon chip integration of quantum photonic devices and classical electronic controls will open the door for fully chip-based CMOS-compatible quantum communication and information processing networks.

Artikelns huvudförfattaren Jianwei Wang menar att genombrottet visar på att klassisk elektronik kan kombineras med kvantpartiklar, som i det specifika fallet var kisel och fotoner. Kombinationen kan sedan användas för styrning och kommunikation mellan framtidens kvantdatorer.

Artikeln har uppdaterats 2019-12-29

Informationsöverföringen sker inte omedelbart och genom kvantsammanflätning, utan överföringen av kvanttillstånd görs med mer traditionella metoder. Demonstrationerna visar att det är möjligt att skapa en kretslösning som svarar för avläsning och programmering av tillstånd av fotoner, vilket innebär att kvantdata kan överföras med klassisk data.

Läs mer om framsteg inom kvantdatorer:

I butiken: SweClockers Hardware Dreams

Surfar du SweClockers om nätterna? Drömmer du om nästa datorbygge? Denna midnattsblå t-shirt är specialdesignad för tvättäkta entusiaster som älskar datorer och hårdvara. Begränsad upplaga!

Köp här!