Wetenschappers melden doorbraak in opslag kwantuminformatie

Een groep van wetenschappers is erin geslaagd om kwantuminformatie zes uur lang opgeslagen te houden op een 'harde schijf' van kristal. Dat is aanzienlijk langer dan wat voorheen mogelijk was. De ontdekking leidt tot nieuwe mogelijkheden voor kwantumcomputers.

Een prototype van de 'harde schijf' is ontwikkeld door wetenschappers van de Australian National University. In hun onderzoek maakten zij gebruik van kwantuminformatie, namelijk de spin van europiumatomen, en bewaarden die in een kristalstructuur. In hun experimenten slaagden zij erin om de informatie zes uur lang bewaard en toegankelijk te houden. Daarvoor moest het systeem wel in stand gehouden worden met een magnetisch veld.

Het onderzoek betekent volgens de wetenschappers een doorbraak in het opslaan van kwantuminformatie: doordat kwantumtoestanden snel worden afgebroken is het nog niet gelukt om dergelijke informatie lang opgeslagen te houden, zoals bijvoorbeeld met conventionele bits op een harde schijf. Het door de Australian National University ontworpen systeem kan kwantuminformatie honderd keer langer opslaan dan met technieken die eerder voorhanden waren, aldus de onderzoekers.

Toepassingen van de technologie bevinden zich mogelijk in technieken voor kwantumcomputers. De wetenschappers willen met hun 'harde schijf' ook onderzoek doen naar kwantummechanica. Zo zou het systeem als draagbare harde schijf gebruikt kunnen worden om verstrengelde deeltjes verder van elkaar te scheiden dan vooralsnog mogelijk was, om zo onderzoek te kunnen doen naar iets wat quantum entanglement wordt genoemd. Dit fenomeen beschrijft dat twee of meer deeltjes zo met elkaar verbonden raken dat ze als één systeem beschreven kunnen worden. Dat blijft ook zo als de deeltjes van elkaar worden gescheiden.

Reacties (36)

[Epsix]

het heeft weinig zin om klassieke computer analogieen te bedenken voor quantum computers. HDD, SRAM, DRAM, het maakt geen drol uit. "HDD" betekent in deze context gewoon een manier van om de kwantumstaat voor langere tijd op te slaan, meer niet.

Daarnaast moeten we even resetten welke rol kwantumcomputers in onze leven kunnen gaan spelen. Voorlopig lijken ze nuttig voor het oplossen van NP problemen (optimalisatie). Natuurlijk is dat ook het enige aspect waar onze traditionele computers te kort schieten. Onze computers kunnen al razendsnel berekeningen uitvoeren. Onze computers schieten alleen te kort bij zeer complexe niet-gesloten probleemstukken die met een numerieke methode opgelost moeten worden. En vaak is er ook geen garantie voor de juiste oplossing, of zelfs uberhaupt een oplossing. Een heel conservatief beeld dat we kunnen schetsen over de toekomst is dat kwantumcomputers onze traditionele computers alleen op dat vlak aanvullen. En als dat het geval is hebben we totaal geen kwantum HDD nodig, dan wordt het overgrote meerendeel nog steeds door de klassieke computer gedaan.
Ik vermoed echter dat de mens van over 10 jaar slimmer is dan de mens van nu. En net zoals ze in 1960 dachten dat een computer alleen maar heel snel kon optellen en aftrekken en niemand kon bedenken wat we in 2015 met computers allemaal doen, denk ik dat wij totaal niet met onze kop erbij kunnen wat een quantum computer voor ons in de toekomst kan gaan doen.

[Cerulean]

"Ik vermoed echter dat de mens van over 10 jaar slimmer is dan de mens van nu". Ok, weleens Tacitus gelezen? Die man was toch echt een heel stuk slimmer dan 99% van de mensen nu. Ik durf de stelling wel aan dat als je een IQ test zou houden in het Romeinse rijk dat daar de verdeling van IQ hetzelfde zou zijn als in het hier en nu in Nederland. (bij een echt goede cultuuronafhankelijke IQ test). Computers zijn ook nog steeds net zo dom als in 1960 waren in de zin dat ze alleen kunnen optellen en aftrekken. Alle slimheid die ze hebben is er door mensen in geprogrammeerd nog steeds op basis van die eentjes en nulletjes maar wel door steeds slimmere programmeerlagen erboven op te bouwen. Om een echt intelligente computer te bouwen is het nodig dat deze zelfstandig uit de loopjes kan breken die er in gebouwd zijn. Qauntum computing is een eerste stap op dat pad maar er zijn nog veel meer hordes te hemen voordat we echt over intelligentie kunnen spreken.

[Epsix]

je hebt niet echt gelezen wat ik schreef. ik maak onderscheid tussen klassieke computers en kwantum computers. Iedereen weet dat de computer sinds zijn intrede ongewijzigd is gebleven.

Je zit er echter volledig naast wat betreft intellegentie van de mens. Ja het klopt dat het overgrote meerendeel van de mensen geen kennis najaagt. En deze mensen zullen inderdaad net zo slim of dom zijn als hun lotgenoten uit een andere tijd. Maar de vooruitgang van de wereld rust niet op deze mensen. Het is altijd een select groepje mensen die de wetenschap en techniek (en daarmee alles wat volgt) vooruit duwen. En deze groep mensen wordt wel degelijk elke generatie slimmer.

[axg]

Ik zou niet meteen willen stellen dat die specifieke groep mensen elke generatie slimmer wordt. Zoals ik het zie werkt iedere generatie met meer informatie, en borduurt daarop verder. Stel dat Einstein (of een andere random onderzoeker) wist wat wij nu wisten, dan had hij waarschijnlijk ontdekkingen gedaan die onderzoekers van nu doen en was hij net zo slim geweest als de mensen nu. Het verschil is dat we nu meer weten, maar dat maakt ons niet per se slimmer.

[Cerulean]

Exact wat ik bedoel. Er is in iedere generatie een ongeveer even grote groep mensen die een bepaalde hoge intelligentie bezit en die de drang hebben kennis na te jagen. Die kennis wordt steeds meer en steeds beter te delen door boekdrukkunst, internet etc. Dat heeft echter ook nadelen. Op alle deelgebieden gaat de kennis nu zo ver dat onderzoekers steeds minder de neiging hebben om uit hun loopje te springen alleen al uit moeite om bij te blijven op hun kennisgebied. Ze hebben daarvoor te weinig overzicht. Wetenschappers met overzicht over fysica, wiskunde en bijvoorbeeld biologie worden steeds schaarser. De gedachtensprong of intuitie die nodig is om echt een grote wetenschappelijke doorbraak te bereiken wordt daardoor bemoeilijkt. Einstein was groot in dergelijke gedachtensprongen die voortkwamen uit directe of indirecte waarneming. Bijvoorbeeld hoe neem ik de wijzers van een klok waar als die op een ruimteschip gemonteerd zitten en dat ruimteschip vertrekt met de snelheid van het licht. De wijzers bewegen dan niet want het licht vanaf de wijzers heeft geen tijd de waarnemer te bereiken (en de tijd staat dus stil vanaf dit gezichtspunt). Vervolgens ging hij dan aan de slag met fysica en wiskunde (nadat hij zichzelf daarin bijgeschoold had) met de bekende resultaten.

[BuZZem]

Je hebt helemaal gelijk...maar om andere redenen dan je denkt
IQ-metingen zijn gestandaardiseerd en genormaliseerd over ieder willekeurige meetgroep.
(of meer wiskundig: 100 is altijd de ongecorrigeerde mediane score bij elke groep van n groot.)

Ofwel IQ is een relatieve meting - niet een absolute. Bij een IQ van 100 zijn er precies evenveel mensen 'slimmer' en 'dommer'. Dus zou je de meting in het Romeinse rijk doen met een voldoende grote steekproef krijg je precies dezelfde verdeelcurves als hier. Dat zegt niets over de daadwerkelijke.absolute intelligentie. Daar kun je pas uitspraken over doen als je beide groepen dezelfde testen laat doen en bijhoudt uit welke groep een bepaald persoon komt. (je zou dan een algemene curve kunnen maken en een curve per "afkomst" groep en die over elkaar heen projecteren - als ze precies over elkaar heen liggen zijn ze even slim)
Die proef wordt wel lastig - al die Romeinen doen namelijk al een tijdje niet meer mee

Sinds de testen worden gedaan neemt het IQ op ^^ die manier vergeleken toe. Dus moderne mensen zijn 'slimmer' bij gelijke 'oude' testen dan de mensen van die tijd. Dat maakt het onwaarschijnlijk dat de Romeinen hetzelfde zouden scoren.

Over de redenen waarom het IQ stijgt (/lijkt te stijgen) lopen de meningen uiteen.

[Verwijderd]

Dus moderne mensen zijn slimmer bij gelijke 'oude' testen dan de mensen van die tijd. Dat maakt het onwaarschijnlijk dat de Romeinen hetzelfde zouden scoren.

Dit is niet geheel correct. Romeinen hadden kennis die wij weer vergeten zijn, gewoon omdat we deze informatie niet nodig hebben. Romeinen hadden in het algemeen bijvoorbeeld meer kennis van kruiden, met name de geneeskrachtige werking. Wij hebben chemische medicijnen die veelal zijn gebaseerd op deze kruiden, maar als het goed is met minder bijwerkingen en voorspelbaarder effecten.
Ofwel als wij een Romeinse IQtest zouden moeten doen, zouden we gemiddeld wel eens een lagere uitslag kunnen hebben dan wanneer we in de Romeinse tijd geleefd zouden hebben. Echter Romeinen zouden een moderne IQtest nog veel slechter maken; maakt dit hen dan minder intelligent?

[Cerulean]

Buzzem, je hebt helemaal gelijk over hoe het getal van IQ tot stand komt en het is goed dat je dat meteen ook noemt in deze discussie want dat werkt verhelderend. Ik doelde echter al met cultuuronafhankelijkheid op het verschijnsel dat jij noemt namelijk dat ondanks de methode van normalisatie de IQ lijkt toe te nemen. Mijn stelling is dat het wel cultuurafhankelijk is en afhankelijk van de opleiding die wij van kinds af aan krijgen. Vandaar dat bij natuurvolken ook alijd een lagere IQ gemeten wordt. Deze mensen zijn net als de romeinen vroeger (wederom mijn niet na te meten stelling) niet dommer. Alles wat er boven op de intelligentie komt is kennis en kennis is in de loop der eeuwen steeds beter aan de volgende generatie door te geven maar heeft met intelligentie en het vermogen creatieve gedachten te hebben niet veel te maken

[ATS]

Er zijn weldegelijk aanwijzingen dat de intelligentie stijgt op de wereld. Vooral doordat voeding en scholing tegenwoordig al veel beter zijn dan enkele decennia geleden.

[dupy]

Je raakt wel een heel aantal interessante topics aan.
Ook de mens verkeert altijd in een evolutie. Ingegeven door een natuurlijke nieuwsgierigheid. Omdat we de resultaten van onze nieuwsgierigheid steeds efficiënter kunnen verspreiden en delen met anderen neemt het kennisniveau automatisch toe. Als je dit bedoelt met 'slimmer' dan zitten we op één lijn. Zoek je het in de sfeer van intelligenter, dan vermoed ik dat je de plank misslaat. Waar wetenschap toe leidt (of toe kan leiden) is helemaal een issue.
Ook v.w.b. de quatum computers zou je de vraag moeten stellen waarom er überhaupt interesse is in deze materie. Je antwoord zul je vinden in het feit dat we met zijn allen min of meer onderkennen dat de conventionele computertechnologie zijn grenzen bijna bereikt heeft.

[Anonymoussaurus]

Klinkt allemaal erg mooi. Maar kan hier dan ook meer data op dan een traditionele harde schijf?

[Kain_niaK]

Uiteraard! Op een normale harde schijf word informatie opgeslagen op een ferromagnetische laag door twee verschillende type magnetische polariteit te vormen die staat voor een 1 of een 0. Dat kan tot op een schaal van ongeveer 10 nm. Een quantum harde schijf vormen een 1 of een 0 door de spin van een elektron te wijzigen! De diameter van een elektron is 1000 keer zo klein als de diameter van een proton. En de diameter van een proton is maar 0.000001 nm! Een waterstof atoom is ongeveer 0.1 nm in diameter, en dat is het kleinste atoom. In dezelfde ruimte als waar bij een traditionele harde schijf één bit word opgeslagen kunnen zich dus honderden atomen bevinden die op hun beurt een hoop elektronen kunnen bevaten. Bij SSD's worden FGMOS gebruikt: floating-gate metal–oxide–semiconductor field-effect transistor. Die zijn ook rond de 10 - 20 nm groot. Maar kunnen op elkaar gestapeld worden, iets wat bij harde schijven veel moeilijker is door dat de kop van een harde schijf overal bij moet kunnen komen. Geheugen opslag dichtheid word normaal uitgedrukt in bits per vierkante inch. In 2005 deden de meeste harde schijven tussen de 100 en 150 Gbit/in².
Met de uitvinding van perpendicular recording door Toshiba werd dat verbeterd tot 179 Gbit/in². Het maximum haalbare van deze technologie word ongeveer op 1 Tbit/in² verwacht. Met electronic quantum holography is het al gelukt om 35 bits per electron op te slaan. Dat is 3 Exabytesin/in² of te wel 3 miljoen Tbit/in².

De technologie in dit artikel is nog anders en zijn data dichtheid zal ruim onder de Exabytesin/in² zitten maar is in principe wel veel bruikbaarder dan electronic quantum holography waar men plaatjes van verschillende golflengtes over elkaar heen in een hologram opslaat. Dat kun je eenmaal doen met een electronenmicroscoop maar bied niet zo maar lees en schrijf mogelijkheden. Deze technologie wanneer ze verder word uitgewerkt kan dat in principe wel. Het zal supervluchtig zijn net zoals RAM (stroom weg en je data is meestal ook weg) maar dus ook supersnel en op een schaal die honderden miljarden kleiner is dat het kleinste RAM of flash geheugen.

[Themperror]

quantum data is anders dan harde schijf data, een quantum bit kan bijvoorbeeld het hele getal pi opslaan (in 1 qbit dus), terwijl je op een HDD oneindig veel data nodig zou hebben.

[enomiss]

Kan je mij uitleggen hoe je pi opslaat in 1 quantum bit?

[Themperror]

een qbit heeft een bepaalde draaiing, door deze draaien krijg je dus getallen, draai em perfect naar het getal Pi en klaar is kees (natuurlijk in het echt een stuk lastiger)

Meer info:
http://en.wikipedia.org/wiki/Qubit
http://yacoby.physics.harvard.edu/yacoby_spinqubits.html
https://www.google.nl/sea...biw=2133&bih=1087&dpr=0.9

[Reactie gewijzigd door Themperror op 22 juli 2024 18:24]

[Verwijderd]

Uh.. zo werkt het dus totaal niet he.

Een Qbit is een bit met twee simultane staten in plaats van 1. Daar kan je meer informatie mee opslaan, maar niet het getal pi. Nooit een keer, dat is volledig incorrect.

Ook een Qbit heeft slechts een beperkt aantal mogelijke staten. Je kan onmogelijk een getal met zoveel informatie als pi - hence, een getal met oneindig veel informatie achter de comma - opslaan in een enkele Qbit. Als je dat kan, kan je ook meteen alle informatie ooit op de wereld opslaan. Klopt gewoon niet.

[McBrown]

Klinkt meer als een meganische beperking.

[Redmen800]

Nee, een qubit voor kwantum computers werkt niet zo. De spin van een kwantumsysteem is niet betrouwbaar genoeg te meten. Alleen orthogonale draaiingen zijn te meten. In plaats daarvan gebruiken ze een andere eigenschap 'entaglement'. Hiermee kun je tot 2^n klassieke bits opslaan per n qubits.

Meer info: http://en.m.wikipedia.org/wiki/Superdense_coding

[Kalief]

Helaas bestaat er geen 'getal pi' waar je naar toe zou kunnen draaien.

[Loller1]

Dat is een beetje het principe van quantum. Je kan het, zoals Themperror al zegt niet vergelijken met de opslag op een gewone HDD/SSD. In theorie kan 1 qubit (niet qbit, om Themperror even te corrigeren) net als een bit in 2 staten zijn: 1 en 0, maar het kan ook kiezen om een superpositie van die beide te zijn. Het leuken is dat qubits ervoor kunnen kiezen in welke staat ze zijn van zodra ze gemeten worden, 1 of 0 (niet die superpositie), waardoor je in theorie héél véél kan opslaan.

[Verwijderd]

Met meerdere qubits kan je inderdaad veel meer informatie opslaan dan met gewone bits, in theorie. Maar het is dus onmogelijk om met een enkele qubit het getal pi voor te stellen. Sterker nog, ik twijfel of het uberhaupt mogelijk is om verder dan de eerste decimaal te komen.

[De Toije]

Een qubit onderscheidt zich van een klassieke bit met de eigenschap dat qubits kwantumverstrengeling kunnen vertonen. Verstrengeling is een niet-lokale eigenschap die het mogelijk maakt dat een verzameling qubits superposities van verschillende binaire tekenreeksen (01010 en 11111, bijvoorbeeld) tegelijkertijd uitdrukt. Het gebruik van verstrengeling in kwantumcomputing wordt wel "quantum parallelism" genoemd en biedt een mogelijk verklaring voor de kracht van kwantumcomputers: aangezien een computer zich kan bevinden in een toestand die een kwantumsuperpositie is van veel verschillende klassieke computationele paden, kunnen deze paden alle tegelijkertijd worden bewandeld.

[bazs2000]

Geweldig om te lezen dat verstrengelde deeltjes op deze manier verder gescheiden kunnen worden.

Nu nog lastig te realiseren vanwege het magnetische veld wat het een stuk minder mobiel is maar hoe mooi zou het zijn als "Alice" in Tokio is en "Bob" in Londen en dat de veranderingen bij Alice meteen zichtbaar zijn in Bob.

Voor wie niet begrijpt wat ik bedoel, lees dan wat meer over quantumverstrengeling waarbij de eigenschappen van foton X en Y worden overschreven door foton Z zodat de verstrengelde fotonen X en Y allebij Z zijn. Verstrengeling werkt met meerdere deeltjes op nagenoeg dezelfde manier.

Heerlijke materie weer jongens. Het gaat hard in het wereldje.

[Reactie gewijzigd door bazs2000 op 22 juli 2024 18:24]

[Overv]

Wat voor soort toepassingen zouden er kunnen bestaan voor quantumverstrengeling? Ik vraag het me af aangezien communicatie op die manier niet mogelijk is.

[bazs2000]

Wat dacht je van iets simpels als kloksynchronisatie? Wat bij de één verandert, verandert bij de ander op hetzelfde moment.

Met verstrengelde deeltjes kun je eindeloos veel toepassingen verzinnen.

Communicatie trouwens wel alleen anders. Verstrengelde deeltjes (fotonen) zijn transporteerbaar (glasvezel) al gaat het in dit artikel over iets anders maar het kan.

[MarBee]

Je kan alleen niet data instant overbrengen. Je kan pas zien dat er wat verandert in de staat van het verstrengelde deeltje als je het uitleest. Hierdoor verandert de staat en zul je dus eerst moeten weten of de staat die je uitgelezen hebt ook de staat is die je had moeten uitlezen. En dit valt alleen te controleren via normale communicatie.

Edit: typo

[Reactie gewijzigd door MarBee op 22 juli 2024 18:24]

[Miks]

Nog een 1000 maal verwijderd van een redelijke quantum HDD. En dat klinkt haalbaar, gezien dit ook al een 100x verbetering is.

[kaphot]

Dan nog een redelijke cost/gb en dan pas heb je er iets aan. Lijkt me niet dat dit snel minder dan 1000 euro per gb gaat kosten

[Verwijderd]

Je moet niet in GB of gb denken als je het over kwantuminformatie / qubits hebt.

[kaphot]

Ok, dan maar wachten tot de opslag van giga(qu)bits betaalbaar wordt of zit ik hier helemaal verkeerd mee en kun je in 1 qubit alles en niets opslaan?

[Stove]

Klinks meer als kwantum SRAM, omdat het volatiel is. Als je stroom afschakelt is het het weg. Het is echter niet zoals DRAM die telkens gerefreshed moet worden.

[supersnathan94]

Dus voor DRAM zou de gebruikte techniek al wel redelijk realistisch zijn. Volgens mij komt het zelden voor dat je RAM geheugen exact hetzelfde bevat voor meer dan een uur of 2. 6 uur is dus al wel redelijk goed te doen. Het is alleen niet bruikbaar voor toepassingen als Ram Disks, maar als RAM geheugen voor normale caching en of video doeleinden is dit volgens mij al redelijk geschikt.

[goovy75]

6 uur nu dus.

Kunnen ze niet een soort interne snelle replicatie techniek aan verzinnen?
dan heb je al een werkende situatie voor een 24/7 server.
Het enige probleem is dan natuurlijk dat de reparatie niet langer dan 6 uur mag duren.

ik bedoel dan dat 1e qubit dan bijna 12 uur zou kunnen bestaan in vorm van data.

[Reactie gewijzigd door goovy75 op 22 juli 2024 18:24]

[DingieM]

Opslag op kristal, heel interessant.

[hardwareaddict]

Weet ik niet - is misschien wel heel duur materiaal om te produceren.

harde schijven worden voor paar euro gebouwd. Of dat ooit met kristallen gaat lukken?????

[Themperror]

Kristal hoeft niet per se duur te zijn, Kristallen zijn chemisch gezien makkelijk te maken daarnaast is er wel niet aangegeven welk kristal er gebruikt wordt.. zou net zo goed bergkristal kunnen zijn