Bouwsteen foutcorrectie voor kwantumcomputer gevonden

Het is een team van wetenschappers van de TU Delft onder leiding van Tim Taminiau gelukt om fouten op te sporen in kwantumberekeningen en deze fouten actief te herstellen zonder dat de kwantuminformatie daarbij verloren gaat.

Ze wisten dit te bereiken door herhaaldelijk kwantumfoutcorrectie toe te passen met elektronen- en kernspins in diamant. Daarbij bleef de informatie langer bewaard dan het geval was geweest zonder de foutcorrectie.

Het belang van de vinding is groot omdat de combinatie van fouten detecteren en direct corrigeren een grote uitdaging is. Wanneer de kwantuminformatie gebruikt wordt om informatie op te slaan, kunnen de gedetecteerde fouten gecorrigeerd worden in de klassieke informatie na afloop. Maar wanneer je daadwerkelijk kwantumberekeningen wil doen met de kwantuminformatie is de actieve correctie cruciaal. Zonder foutcorrectie gaat alle informatie dan verloren.

Julia Cramer, eerste auteur van het onderzoek, legt Tweakers uit waarom het zo belangrijk is om foutcorrectie tijdens een kwantumberekening te doen en hoe het werkt. "Het probleem met de kwantumcomputer is dat kwantumberekeningen nooit helemaal perfect zijn. Ook kunnen we de interacties met de omgeving niet helemaal controleren en als je een kwantumtoestand bekijkt, verstoor je de toestand of superpositie", zegt Cramer. Dat laatste is de onderzoekers nu gelukt: een meting te doen die eerst leert over de fout zelf zonder de toestand te verpesten.

"We hebben de kwantuminformatie eerst ondergebracht in meerdere qubits, dat noemen we encoderen. Op die manier kunnen we door de qubits te vergelijken - staan ze nog dezelfde kant op of niet? - iets leren over de fout. Als eentje anders is dan de rest, kunnen we die corrigeren. Het is ons gelukt om de qubits waarin we de toestand hebben beschermd, kernspins in diamant, zo lang te bewaren, dat we die fouten ook direct konden corrigeren. Dat deden we met klassieke elektronica."

Tim Taminiau en Julia Cramer in QuTech-lab

"Ons experiment is eigenlijk uitgevoerd in een hybride kwantumcomputer. Ons kwantumprocessortje is gebaseerd op een elektronspin die werkt met een defect in diamant, het zogenaamde NV-center, waar normaal koolstofatomen zitten. Dat levert een elektron op en dit hebben we al veel langer onder de knie als qubit. Dat elektron is gekoppeld met nucleaire spins in zijn omgeving en via dat elektron kunnen we meten of twee van die nucleaire spins nog hetzelfde zijn. Dat is de kracht van het experiment: het kunnen uitlezen van de nucleaire spins zonder dat ze er last van hebben. Op die manier krijgen we alleen informatie over de fout en hebben we genoeg tijd om die fout actief te corrigeren."

De opstelling om de proeven mee te doen, zit zo in elkaar dat de spins en het elektron afzonderlijk te controleren zijn. "Ons diamantje zit in een grote thermosfles met vloeibaar helium van vlak boven het absolute nulpunt, vier graden om precies te zijn. Op die temperatuur hebben we het NV-centrum zo goed onder controle dat we in 95 procent van de gevallen het elektron goed kunnen uitlezen", zegt Cramer. "Via microgolven kunnen we de spin controleren van het elektron in het diamantje. Door het elektron slim op en neer te flippen konden we de nucleaire spins afzonderlijk controleren."

"Dit laatste is essentieel voor de kwantumcomputer omdat de fouten anders opbouwen", zegt Cramer. "Je hebt altijd fouten in kwantumberekeningen. Om de kwantumcomputer schaalbaar te maken, moet je de fouten corrigeren in het systeem."

Fouten realtime corrigeren, dat is waar een groot deel van het onderzoeksveld zich nu mee bezighoudt. Cramer: "Het is ons als eerste gelukt om de kwantumsuperpositie te beschermen tegen fouten met realtime feedback en actieve correctie."

Uitleg door Julia Cramer en Bruno van Wayenburg

Het artikel verschijnt donderdag in Nature Communications.

Reacties (82)

[letatcest]

Trouwens, QuTech maakte er ook zelf met Bruno van Wayenburg nog een uitlegfilmpje bij, misschien maakt het een en ander nog iets duidelijker:

https://www.youtube.com/w...7_bEVABc&feature=youtu.be

[Peetz0r]

Waarom staat deze video niet in het artikel zelf? Want het lijkt me en behoorlijk relevante en nuttige video

[letatcest]

Sorry voor de heeeeel late reactie Maar toegevoegd en de doi-link gefixt (was iets met hoofd/kleine letters)

[Peetz0r]

Beter laat dan nooig

[Anoniem: 719316]

Wat ik mij nou altijd afvraag is of de informatieoverdragt tussen een verbonden paar met de lichtsnelheid gaat of direct? Want in dat laatste geval kan informatie dus sneller dan het licht 'reizen'

[Kain_niaK]

De gemeten spin is random en is niet van de voren te bepalen. Je weet alleen dat als je de spin van deeltje A meet en deeltje B is er mee verstrengelt. Dan weet je dat deeltje B dezelfde spin heeft. Ook al is deeltje B ver verwijdert van deeltje A. Word de spin van beide deeltjes bepaald op het moment dat de deeltjes verstrengelt worden? Of word de spin van deeltje B onmiddellijk dezelfde als deeltje A op het exacte moment dat de spin van deeltje A word gemeten? Dit noemde Einstein "spooky action at a distance"

Zo ver ik weet zijn er geen echte antwoorden voor deze vragen.

Omdat de spin niet van de voren te bepalen is kan er echten geen informatie sneller dan het licht gestuurd worden. Een eenvoudig voorbeeld: Je hebt een rode knikker en een blauw knikker. Zonder te kijken neem je er eentje en die stop je in een doosje. De andere knikker stop je in een ander doosjes. Doosje A stuur je een lichtjaar in een richting. Doosje B stuur je een lichtjaar in een andere richting. Wanneer men nu in Doosje A gaat kijken weet men onmiddellijk wat er in doosje B zit. Toch is er geen informatie sneller dan het licht verstuurd.

Wat zijn dan de praktische mogelijkheden van zo'n verstrengeling?

Cryptografie! . Neem 30 deeltjes en geef ze aan A. Neem de bijbehorende andere 30 verstrengelde deeltjes en geef ze aan B. Laat A en B zich ver van elkaar verwijderen. Wanneer A en B nu met elkaar willen communiceren kunnen ze naar de spin van hun deeltjes kijken. Dit vormt hun sleutel. Of A nu eerst kijkt of B nu eerst kijkt ze zullen altijd dezelfde sleutel hebben zonder dat deze gecommuniceerd hoeft te worden. De sleutel kan niet afgeluisterd worden want hij word nooit verstuurd!

[Reactie gewijzigd door Kain_niaK op 22 juli 2024 17:33]

[Anoniem: 85014]

Helaas is cryptografie niet eenvoudiger geworden door verstrengeling. Want we kunnen dit ook zonder quantummechanica. Namelijk met pen en papier.

Neem een blad, en schrijf daar evenveel random karakters en getallen op als je bericht groot is. Maak een kopie van dat blad. Geeft kopie één aan je correspondent (= veroorzaak een verstrengeling). Je correspondent gaat nu ver van u zich verwijderen. Wanneer A en B nu met elkaar willen communicerne kunnen ze het blad en de kopie met random karakters en getallen gebruiken om het bericht te versleuten en ontsleutelen. Spreek af dat telkens je een bericht hebt ontsleuteld en versleuteld, je het blad verbrand (dit is waar communicatie met verstrengeling zoals jij voorstelt wel een voordeel in heeft, nl. dat je er zeker van bent dat na het uitlezen van de informatie de sleutel nadien niet meer bruikbaar is). De techniek met het blad wordt al gebruikt en noemt one-time-pad. Oa. spionnen, militairen en ambassades communiceren op deze manier. Die versleutelde berichten kan je overigens als burger gewoon onderscheppen: https://en.wikipedia.org/wiki/Numbers_station

[.oisyn]

Je mist echter een belangrijk punt. Verstrengelde deeltjes kun je niet kopiëren, je blad wel. En bij het uitlezen van de deeltjes zal de verstrengeling breken. Door de boel op een juiste manier uit te voeren, kun je erachter komen dat de deeltjes niet meer verstrengeld zijn en er dus afgeluisterd is.

Overigens, waar het hier om gaat is een manier om een sleutel te distribueren (key exchange). Of je die sleutel vervolgens gebruikt voor one time pad of AES oid is verder niet zo relevant. Daarom is quantum key exchange een veel betere term dan quantum cryptography.

[Anoniem: 85014]

Dat quantum key exchange super handig zou zijn, ga ik wel helemaal mee akkoord.

[musback]

* musback gaat ff offtopic, maar wilde het toch gezegd hebben:
Absolute hulde voor deze heldere uitleg. Kijk zo moesten leerkrachten fysisch/wiskundig wat meer ingewikkelde zaken uitleggen. ALs je de basis begrijpt kan je van daaruit verder omhoogwerken. Maar als je zelfs van die basis geen hol begrijpt... :-)

Doet me denken aan de eerste keer dat mijn leerkracht doppler effect uitlegde in het 1e middelbaar: stap je op de kust wat diepere in de zee, dan kom je meer golven tegen, en stap je terug naar het strand, dan wandel je met de golven mee en kom je dus veel minder golven tegen. Vele korte golfjes= hoge frequentie = hoog geluid, andersom dieper, laag geluid...

[.oisyn]

Zo ver ik weet zijn er geen echte antwoorden voor deze vragen.

Toch wel, google "delayed choice experiment" . Het is echt zo dat superpositie blijft bestaan tot er gemeten wordt. Anders was het natuurlijk ook niet zinnig geweest voor kwantumcomputers.

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 22 juli 2024 17:33]

[koelpasta]

De informatie over de qubits zelf gaat tussen de qubits inderdaad sneller dan licht.
Maar je kan niet externe informatie via die 'brug' oversturen.

[devlaam]

Die eerste zin geeft een verkeerde voorstelling van zaken (hoewel het vaak zo gezegd wordt). De twee zin klopt zeker wel. Er gaat geen 'informatie' van de ene naar de andere qubit. Verstrengelde qubits kun je niet als losse entiteiten zien, maar zijn onderdeel van dezelfde golffunctie. Als je al van 'communicatie' wilt spreken is deze instantaan. Het is lastig te bevatten hoe het kan dat een dergelijk gedelocaliseerd verschijnsel kan bestaan, maar met een fantastisch experiment (ja, ook in delft) is vast gesteld dat er geen informatie tussen verstrengelde deeltjes wordt verstuurd, en dat er ook geen verborgen variabelen in het spel zijn. Het blijft spooky.

[Reactie gewijzigd door devlaam op 22 juli 2024 17:33]

[koelpasta]

Ja, je hebt gelijk. Het is eigenlijk gewoon 1 systeem. De informatie over de staat is er als het ware al. Er vindt dus eigenlijk helemaal geen communicatie plaats.

[PuzzleSolver]

Oftewel ze zijn deterministisch met elkaar verbonden?

Dit geeft altijd (minder)leuke filosofische discussies over ons eigen bestaan. Als deeltjes nl. deterministisch zijn, is ons hele bestaan dat dan ook niet? Iets waar Einstein en z'n collega's het ook al over hadden,

[.oisyn]

Oftewel ze zijn deterministisch met elkaar verbonden?

Het is maar hoe je het bekijkt. De golffunctie is idd deterministisch, de uitkomst (het ineen vallen van de golffunctie in een specifieke toestand) is geheel willekeurig en onvoorspelbaar. Het enige dat je kunt voorspellen zijn de kansen van de mogelijke toestanden, want die worden beschreven met de golffunctie.

[koelpasta]

Het is maar hoe je het bekijkt.

Lol. De basis van quantum mechnica

[wjn]

Er is niet bewezen dat er geen informatie wordt uitgewisseld tussen de deeltjes.

Er is in Delft bewezen dat er in onze 4 dimensies geen informatie tussen verstrengelde deeltjes wordt verstuurd (want dat kan volgens de huidige theorie met maximaal de lichtsnelheid, en daar was in Delft de afstand te groot voor).

[Arokh]

Dat hoeft niet bewezen te worden. Dat kan namelijk per definitie niet. Maar het lijkt zeer onwaarschijnlijk.

[Fusioxan]

Eigenlijk is het geen informatieoverdracht, maar daar kan het wel voor gebruikt worden. Als bij twee verstrengelde qubits je de status bij 1 qubit vaststelt, dan dwing je de andere in de tegenovergestelde positie. Daardoor kan je afleiden wat de status is van de andere qubit, ook al zit er een lichtjaar tussen.

Hoe dat verstrengelen precies werkt gaat mij ook de pet te boven, maar door veel lezen kan ik het beste het zo omschrijven.

[Anoniem: 55563]

Het is géén informatieoverdracht. Twee verstrengelde deeltjes moet je zien als een enkel systeem waarvan je de toestand pas weet als je er een van uitleest (de spin bepaalt). Omdat je de spin niet kunt beïnvloeden zonder de verstrengeling te verbreken kun je er nadrukkelijk niet mee communiceren. Tot op heden is communicatieoverdracht sneller dan het licht nog nooit waargenomen.

[Mic2000]

Ik denk niet dat het reizen is en voorbij het idee van afstand gaat.

Het staat in verbinding met elkaar.

[Mocro_Pimp®]

Zoals Mic2000 al aangeeft, staan ze in verbinding met elkaar. Dat wil zeggen dat het in de voor ons zichtbare ruimtelijke dimensies een afstand lijkt die "direct" overbrugt wordt, en dus sneller dan het licht lijkt. In werkelijkheid zijn verstrengelde deeltjes gewoon naast elkaar, verbonden via een alternatieve (ruimtelijke)dimensie.

[Jeroenneman]

Dus een qubit in Amsterdam reageert Instant op een verandering in Australië?

Dat is wel zeer apart.

[AeoN909]

Ja, als je twee palen verbind met een kabel ertussen en je trek aan de ene paal dan beweegt de andere paal ook direct. Als je de kabel niet kan zien lijkt het alsof er iets vreemds gebeurd.

[tmnvanderberg]

Ja, als je twee palen verbind met een kabel ertussen en je trek aan de ene paal dan beweegt de andere paal ook direct.
Nee, nee, en nog eens nee. Dat gebeurt met maximaal de snelheid van het licht. Moet je wel een oneindig stijf touw hebben.

[Reactie gewijzigd door tmnvanderberg op 22 juli 2024 17:33]

[Anoniem: 150119]

Je hebt gelijk, maar het is wel een mooie inleiding voor leken. Vergeet even lichtsnelheid en geef gewoon het begrip onmiddellijk mee, onafhankelijk van afstand. Een ander voorbeeld zou bijvoorbeeld 2 A4 papieren zijn. 1 ligt in Antwerpen, de ander in Amsterdam. Je schrijft een woord op het papier in Antwerpen en terwijl je schrijft komt de informatie ook op het papier in Amsterdam. Maar met kwantumverstrengeling zou het 2de papier gerust op Mars kunnen liggen of enkele lichtjaren verder ... "Omdat het eigenlijk hetzelfde papier is ..." Als je een beter voorbeeld voor leken hebt om zowel de werking als het nut aan te tonen, graag :-)

[Reactie gewijzigd door Anoniem: 150119 op 22 juli 2024 17:33]

[tmnvanderberg]

Zowel de paal met touwen als jouw onbeschreven blad zijn voorbeelden van informatieoverdracht. Als dat mogelijk is valt de hele natuurkunde uit elkaar (causaliteit is dan niet langer een natuurwet).

De voorbeelden zijn dus in de kern van de zaak misleidend.

[Stoney3K]

Zowel de paal met touwen als jouw onbeschreven blad zijn voorbeelden van informatieoverdracht. Als dat mogelijk is valt de hele natuurkunde uit elkaar (causaliteit is dan niet langer een natuurwet).

Je mag me nog altijd eens uitleggen waarom "sneller dan het licht communiceren" in strijd is met de causaliteit.

Als ik op een plek sta en ik stuur een boodschap die onmiddelijk (sneller dan het licht) aankomt, dan is er toch geen causaliteit geschonden? Ook niet als ik het effect van die boodschap met de lichtsnelheid kan waarnemen en dus pas later zou zien.

[.oisyn]

Dat is vrij simpel uit te leggen. Er is geen universeel concept van "nu". De coördinaten in ruimtetijd die jij "nu" noemt (dus zeg maar alle punten in de ruimte op hetzelfde tijdstip, die een vlak vormen in de 4d ruimtetijd) zijn afhankelijk van je referentiekader. Iemand in een ander referentiekader (bijv. in een raket die met bijna lichtsnelheid van je vandaag beweegt) zal tov jou een hellend nu-vlak hebben.

Dit heeft als implicatie dat men het niet eens hoeft te zijn over de volgorde van twee gebeurtenissen met een "space-like spacetime interval", oftewel twee gebeurtenissen A en B waarbij de tijd ertussen kleiner is dan het licht er voor nodig heeft om van A naar B te reizen (of andersom). Twee waarnemers met verschillende referentiekaders hoeven het niet eens te zijn met de volgorde van A en B. Er kan dan ook geen causaal verband zijn tussen A en B, want anders zou oorzaak na gevolg kunnen komen voor sommige referentiekaders.

Stel jij zit op aarde en je stuurt een FTL bericht. Deze gebeurtenis noemen we A. Ik zit in mijn raket en ontvang het bericht (B ). Voor jou komt B gewoon na A. Echter, vanuit mijn referentiekader gezien komt B voor A. Ik ontvang het bericht dus voordat jij het verstuurd hebt. Er is niet iemand die gelijk heeft - alle referentiekaders zijn even valide. Maar goed, ik zie jou het bericht niet sturen, dus #care. Na ontvangst stuur ik een antwoord terug, ook weer FTL. Dit noemen we even C. En jij ontvangt het antwoord op D. Ik heb het bericht gestuurd, dus ik vind dat D na C komt. Echter, in jouw referentiekader komt D weer vóór C. We hebben dus een B<A en D<C. Als ik snel genoeg antwoord geef is de tijd tussen B en C verwaarloosbaar klein, dus B=C en hieruit volgt dat D<A. Oftewel, jij ontvangt het antwoord voordat je het initiële bericht hebt gestuurd. Zeg maar gedag met causaliteit.

Een bijkomend probleem is dus het feit dat er geen universeel nu is. Hoe kan iets instantaan gaan als waarnemers het niet eens zijn over wat instantaan is? Volgt het bericht dan het nu-vlak van de verzender, of van de ontvanger?

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 22 juli 2024 17:33]

[Stoney3K]

Stel jij zit op aarde en je stuurt een FTL bericht. Deze gebeurtenis noemen we A. Ik zit in mijn raket en ontvang het bericht (B ). Voor jou komt B gewoon na A. Echter, vanuit mijn referentiekader gezien komt B voor A.

En waarom is dat gelimiteerd tot de lichtsnelheid? Wat is er zo magisch aan de lichtsnelheid dat dat wel voor de lichtsnelheid zou gelden, maar niet voor bijvoorbeeld het geluid?

Dat concept van een hellend 'nu' vlak begrijp ik wel, dat door tijddilatatie het 'nu' vanuit die raket gezien anders is dan het 'nu' vanuit een stilstaand voorwerp gezien.

Waar je alleen de mist in gaat is dat B en A niet vóór elkaar gebeuren, maar ze geburen instantaan, op dezelfde tijd. (We gaan even uit van ideale informatie overdracht, die nul tijd en nul energie kost) Er is dus geen sprake van zenden of ontvangen, maar van iets wat gelijktijdig gebeurt (net zoals het antwoord). In die situatie wordt causaliteit niet geschonden, want in beide referentiekaders gebeuren A en B op hetzelfde moment.

Een bijkomend probleem is dus het feit dat er geen universeel nu is. Hoe kan iets instantaan gaan als waarnemers het niet eens zijn over wat instantaan is? Volgt het bericht dan het nu-vlak van de verzender, of van de ontvanger?

De klassieke fysica (geen quantumfysica) hoort toch volledig onafhankelijk te zijn van waarnemers? Ik heb altijd de indruk gehad dat Einstein de lichtsnelheid als 'universele' snelheidslimiet zag omdat hij niets kon waarnemen wat daarboven gebeurde. Hij was immers ook beperkt door zijn menselijke perceptie.

[Reactie gewijzigd door Stoney3K op 22 juli 2024 17:33]

[.oisyn]

En waarom is dat gelimiteerd tot de lichtsnelheid? Wat is er zo magisch aan de lichtsnelheid dat dat wel voor de lichtsnelheid zou gelden, maar niet voor bijvoorbeeld het geluid?

Waarom is wat gelimiteerd tot de lichtsnelheid? De lichtsnelheid is niet gewoon maar de snelheid van een bepaald deeltje. Het zit verwoven in de ruimtetijd en is de snelheid waarmee de effecten van gebeurtenissen door het universum rimpelen. Vandaar dat gebeurtenissen met een causaal verband maximaal een light-like spacetime interval hebben. Bij light-like en time-like intervals zal ieder referentiekader het eens zijn over de gevolgen van gebeurtenissen. Bij space-like intervals is dat niet zo (leesvoer).

Het is misschien belangrijk om te realiseren dat voor een foton alles instantaan lijkt. Een foton ervaart geen tijd en geen afstand door tijddilatatie en lengtecontractie. Zijn voortplantingssnelheid wordt gelimiteerd door de intrinsieke traagheid van opvolging van gebeurtenissen.

Dat concept van een hellend 'nu' vlak begrijp ik wel, dat door tijddilatatie het 'nu' vanuit die raket gezien anders is dan het 'nu' vanuit een stilstaand voorwerp gezien.

Waar je alleen de mist in gaat is dat B en A niet vóór elkaar gebeuren, maar ze geburen instantaan, op dezelfde tijd.

Dit is wel heel paradoxaal. Eerst erken je dat nu-vlakken verschillen, en daarna zeg je dat iets dat instantaan is ineens altijd hetzelfde is . Nee dat is dus niet zo (zie de link die ik daarnet al noemde)!

Alice staat ergens in een veld en ziet twee bliksems inslaan, op verschillende plekken, maar voor haar tegelijkertijd. Eentje in het oosten, en eentje in het westen, en beide op dezelfde afstand tot Alice. Alice kan nu met de lichtsnelheid in de hand terugrekenen wanneer de inslagen daadwerkelijk plaatsvonden, en zal bepalen dat ze tegelijkertijd, of instantaan zo je wilt, gebeurden.

Bob, die met een raket van oost naar west rakelings langs Alice vliegt, ziet op het moment dat hij Alice passeert óók de blikseminslagen. Echter, omdat zijn referentiekader anders is, zal hij bij het terugrekenen concluderen dat "west" insloeg voordat "oost" insloeg. Carol, die ook in een raket vliegt maar in tegengestelde richting, van west naar oost, ziet ook op hetzelfde moment ter hoogte van Alice de twee bliksems, maar als zij terugrekent gebeurt "oost" voor "west".

Er is niet een eenduidig antwoord. Iedereen heeft gelijk. Er bestaat simpelweg niet zoiets als "instantaan", dat is volledig afhankelijk van je referentiekader.

De klassieke fysica (geen quantumfysica) hoort toch volledig onafhankelijk te zijn van waarnemers?

Exact. En daarom is FTL communicatie een schending van causaliteit. Want causaliteit zegt dat gevolg altijd ná oorzaak moet plaatsvinden. Op het moment dat men het niet eens is over de volgorde van twee gebeurtenissen, dan kan er dus geen causaal verband zijn tussen die gebeurtenissen. Nog meer leesvoer.

Ik heb altijd de indruk gehad dat Einstein de lichtsnelheid als 'universele' snelheidslimiet zag omdat hij niets kon waarnemen wat daarboven gebeurde.

Hoe bedoel je dat precies? Als in: het moet wel de maximale snelheid zijn, want we hebben nog niets ontdekt wat sneller voortplant? Dat is onjuist en een grove onderschatting van de gedetailleerdheid en de implicaties van de relativiteitstheorie.

.edit: oost en west omgedraaid

.edit2: hebben wij deze discussie al niet eens eerder gehad?

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 22 juli 2024 17:33]

[Stoney3K]

[...]

Waarom is wat gelimiteerd tot de lichtsnelheid? De lichtsnelheid is niet gewoon maar de snelheid van een bepaald deeltje. Het zit verwoven in de ruimtetijd en is de snelheid waarmee de effecten van gebeurtenissen door het universum rimpelen. Vandaar dat gebeurtenissen met een causaal verband maximaal een light-like spacetime interval hebben. Bij light-like en time-like intervals zal ieder referentiekader het eens zijn over de gevolgen van gebeurtenissen. Bij space-like intervals is dat niet zo.

Je hebt het nog altijd over de gebeurtenissen "zenden" en "ontvangen" als twee losse gebeurtenissen met een causaal verband, waar dus een eindig tijdsinterval tussen zit. Maar beschouw nu eens het geval waarin er nul tijdsinterval tussen zit: Dan is er van causaliteit geen sprake meer. Het is dan alsof je vanaf twee verschillende standpunten naar hetzelfde voorwerp kijkt.

Het feit dat de effecten van entanglement al sneller dan het licht gebeuren (en dat hebben we al waargenomen) geeft al aan dat er toch meer haken en ogen aan zitten dan Einstein zelf door had. Het is niet voor niets dat hij het had over spooky: Hij begreep het, zelfs vanuit zijn uitgebreide begrip van de fysica, niet.

Hoe bedoel je dat precies? Als in: het moet wel de maximale snelheid zijn, want we hebben nog niets ontdekt wat sneller voortplant? Dat is onjuist en een grove onderschatting van de gedetailleerdheid en de implicaties van de relativiteitstheorie

Precies, dat. Dat de relativiteitstheorie in dit geval de grenzen van zijn domein heeft bereikt, en dus in situaties waar er meer dimensies in het spel zijn (bijvoorbeeld) niet per sé meer geldig is. Einstein had in zijn tijd nooit de instrumenten om quantum entanglement voor elkaar te krijgen of om quarks waar te nemen, en die gedragen zich in de voor ons waarneembare vier dimensies conform de relativiteitstheorie. Daarbuiten is het voorlopig nog onbekend terrein, en het hoeft niet te betekenen dat de regels van de relativiteitstheorie en causaliteit daar nog op gaan.

Vergeet ook niet dat het begrip 'causaliteit' alleen maar volgt uit onze lineaire perceptie van de tijd.

[.oisyn]

Tja kijk als je geen tijd neemt om mijn links te lezen dan heeft verdere discussie ook geen nut. Maar vooruit:

Je hebt het nog altijd over de gebeurtenissen "zenden" en "ontvangen" als twee losse gebeurtenissen met een causaal verband, waar dus een eindig tijdsinterval tussen zit.

Niet per se. Ik had het over A en B, wat coordinaten zijn in de ruimtetijd (dus plaats én tijd). Je kunt stellen dat het tijdstip gelijk is, maar dat verandert niets: het is alleen gelijk in een specifiek referentiekader. In een ander referentiekader is dat niet zo (op voorwaarde dat de plaats wel anders is).

Als je erkent dat nu-vlakken anders zijn, waarom heb je hier dan zoveel moeite mee?

Het feit dat de effecten van entanglement al sneller dan het licht gebeuren (en dat hebben we al waargenomen) geeft al aan dat er toch meer haken en ogen aan zitten dan Einstein zelf door had

Het punt is dat uit de effecten van entanglement geen causaal verband volgt. Over het hoe en waarom wordt nog gedebateerd, maar de "many words" interpretatie lijkt de laatste tijd wel de boventoon te voeren. Die zegt dat er niet zoiets is als verval van de golffunctie, maar dat elke mogelijkheid altijd gebeurt. Welke mogelijkheid wij uiteindelijk ervaren is willekeurig, en mogelijkheden kunnen weer samenvoegen als ze geen verstrekkende gevolgen hebben (een deeltje gaat door beide gleuven als niet wordt gemeten door welke gleuf hij gegaan is, en interfereert uiteindelijk met zichzelf)

Daarbuiten is het voorlopig nog onbekend terrein, en het hoeft niet te betekenen dat de regels van de relativiteitstheorie en causaliteit daar nog op gaan.

Vergeet ook niet dat het begrip 'causaliteit' alleen maar volgt uit onze lineaire perceptie van de tijd.

Leuke filosofische cop-out, maar vooralsnog lijk je niet eens te willen accepteren dat volgens relativiteitstheorie FTL communicatie causailiteit schendt. En die implicaties zijn niet zonder meer aan te passen - de relativiteitstheorie is een van de best geteste natuurkundige theoriën, dat tot de dag van vandaag nog altijd juiste voorspellingen heeft gedaan (recent voorbeeld: zwaartekrachtgolven).

Je kunt 'm aanvullen, op dezelfde manier dat Einstein Newton aanvult, maar net zoals Newton nog steeds geldt voor alledaagse snelheden, blijft Einstein ook gelden voor "universele" snelheden. Uiteindelijk doet het er ook niet toe hoe je een signaal verstuurt - of dat nou FTL door de normale ruimte gaat, of door een wormhole of subspace of whatever. Uiteindelijk komt het altijd terug bij hetzelfde punt: twee gebeurtenissen met een space-like interval, waarbij verschillende referentiekaders het niet eens zijn over de volgorde van gebeurtenissen. Daar kom je, hoe dan ook, niet omheen.

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 22 juli 2024 17:33]

[Stoney3K]

Tja kijk als je geen tijd neemt om mijn links te lezen dan heeft verdere discussie ook geen nut. Maar vooruit:
Uiteindelijk doet het er ook niet toe hoe je een signaal verstuurt - of dat nou FTL door de normale ruimte gaat, of door een wormhole of subspace of whatever. Uiteindelijk komt het altijd terug bij hetzelfde punt: twee gebeurtenissen met een space-like interval, waarbij verschillende referentiekaders het niet eens zijn over de volgorde van gebeurtenissen. Daar kom je, hoe dan ook, niet omheen.

Dat bedoel ik dus te zeggen: Voor ons, als mensen, is het alleen "toegestaan" om vooruit in de tijd te reizen, we kunnen er met onze perceptie niet bij dat de andere richting ook, in welke vorm dan ook, mogelijk zou moeten zijn. Achteruit in de tijd gaan vanuit je eigen referentiekader hoeft nog geen schending van causaliteit te betekenen:

For example, one “proof” of a warp field causality violation that I read recently described a canine traveler moving at 4C wrt an observer on the Earth, flying past the Earth and grabbing a water balloon, then striking a cat at some distance from the Earth. The cat is struck by the water balloon before it sees the canine acquire the balloon at the Earth. But this is merely an apparent causality violation from the cat’s POR. The wet cat could then watch a time-reversed image of its assailant moving backward toward the Earth, where the water balloon was acquired, and realize that the tool of its misery had been acquired in the past in a region formerly outside of its perception. No real causality violation has occurred, because if the doused cat had killed the passing canine, it wouldn’t prevent the rascally dog’s prank from transpiring.

Met andere woorden: Volgens welke "wet" is het nodig dat de waargenomen volgorde van gebeurtenissen overeenkomt? Dat is alleen iets wat door onze (beperkte) menselijke perceptie van tijd wordt voorgeschreven.

De pure gedachte dat Einstein onverhoopt, een universeel, globaal en onomstotelijke beperking heeft gevonden die voor het hele universum geldt en waar geen enkel natuurverschijnsel of levend wezen ooit omheen zou kunnen, vind ik een beetje een pretentieuze gedachte.

Alcubièrre heeft al een begin gemaakt om het tegendeel te bewijzen, en het feit dat genoeg fantasten al kunnen bedenken dat er meer mogelijk is, vind ik al heel wat zeggen voor het tegendeel.

[.oisyn]

Uiteindelijk heb je dus een hele andere discussie voor ogen. Je vroeg je af waarom FTL communicatie causaliteit schendt - dat heb ik uitegelegd. Nu zeg je ineens dat dat niet uitmaakt. Prima, moet je zelf weten, maar daar heb ik me totaal niet over uitgelaten.

[AeoN909]

Gaan we ervan uit dat informatie massa heeft?

Paal voorbeeld was bedoeld als informatie overdracht niet als beweging.

[.oisyn]

Is niet zo relevant. Als er een lichtseconde zit tussen de twee palen, dan "voelt" de tweede paal pas een trek na minstens 1 seconde.

[AeoN909]

Hoezo? Dan ga je van twee verschillende objecten uit. Wat ik bedoel is het te zien als 1 object waarbij we de verbinding niet zien.

Edit; interessante thread dit

[Reactie gewijzigd door AeoN909 op 22 juli 2024 17:33]

[.oisyn]

Volgens mij praten we een beetje langs elkaar heen. Wat bedoel je nu eigenlijk te zeggen met het paaltjesvoorbeeld? Dat beide paaltjes instantaan bewegen (wat onjuist is), of (en dat realiseer ik me nu) dat het gek is dat het tweede paaltje beweegt als je het touw ertussen niet kunt zien?

En hoeverre is het relevant of informatie massa heeft (wat het niet hoeft te hebben, zie communicatie met fotonen)?

[AeoN909]

Ik zal het proberen uit te leggen. Zit op mijn mobiel te typen wat wat lastig is.

Het voorbeeld was als volgt bedoeld. We geven 1 deeltje een bepaalde spin die we daarop volgend bij het tweede deeltje terug kunnen zien. Oftewel er is informatie overgedragen , als we ervan uitgaan dat informatie massa heeft weten we dat de informatie later aan moet komen dan het moment waarop het deeltje zijn spin krijgt.

Als we (theorie) het van de andere kant bekijken en zeggen dat zijn niet 2 deeltjes maar 1 deeltje (touw tussen de palen) dan verplaatst de informatie zich niet en kan deeltje 2 gelijktijdig de spin krijgen wanneer deeltje 1 deze krijgt.

[.oisyn]

Het voorbeeld was als volgt bedoeld. We geven 1 deeltje een bepaalde spin die we daarop volgend bij het tweede deeltje terug kunnen zien.

Dat is niet hoe verstrengeling werkt. Manipulatie van spins van verstrengelde deeltjes is niet mogelijk.

[AeoN909]

Verrek net FF wat opgezocht maar je hebt gelijk. Op het moment dat je de meting doet verliest hij de superpositie en verstrengeling en zijn de deeltjes vrij om hun eigen spin te hebben.

Weer wat geleerd

Bedankt voor je antwoorden.

[Reactie gewijzigd door AeoN909 op 22 juli 2024 17:33]

[Anoniem: 150119]

Wel, dat hangt ervanaf ... als je dat blad als een object bekijkt en het schrijven als een spin die ik eraan geef (en dus spint het gepaarde object ook) ... dan komt dat toch overeen met de perceptie van kwantum mechanica ...

Wat ik beschrijf is inderdaad (nog) niet mogelijk. Je kan natuurlijk ook poseren dat ik de informatie niet overdraag omdat er eigenlijk géén verschil is tussen het papier in antwerpen en het papier op Mars ...

Zoals ik zei ... probeer het eens te simplifiëren voor leken .. zo makkellijk is dat niet hoor :-) (en dan bedoel ik het bestaan van quantum verstrengeling, niet de gehele quantum fysica/mechanica hé)

[mzziol]

Dat zou betekenen dat er informatieoverdracht is, wat dus *niet* het geval is. De informatie moet al in het papier gezeten hebben voordat je het naar Mars stuurt.

[Anoniem: 228201]

Ik stel het mij al volgt voor ( ik weet niet of het volledig klopt )

Je hebt twee luidsprekers in verschillende kamers die exact dezelfde muziek spelen. Je kan in elke kamer gaan luisteren en het is exact dezelfde muziek. Maar door aan in de ene kamer te gaan luisteren kan je geen info doorgeven aan de persoon die in de andere kamer aan het luisteren. Je kan alleen weten wat hij ook hoort.

[Terracotta]

Dat is waarom Einsteint het 'spooky action in the distance' noemde. Hij had er ook moeite mee, maar kon er niet omheen.

[pennenlikker]

Vond ik ook maar wel waar. Maar zoals bijna alles in de quantum wereld.

[efari]

als je de eerste qubit in een positie zet, gaat zijn evenpaar onmiddelijk in de andere positie staan. Letterlijk onmiddelijk, sneller dan het licht.
Het probleem is dat de 'ontvangende' qubit nog niet mag uitgelezen worden voordat de 'vezendende' qubit geschreven wordt (anders wordt hijzelf de verzender).
met andere woorden, je moet op voorhand exact kunnen afspreken wanneer je gaat kijken naar de ontvangende qubit (en dat is al lastig op heel grote afstanden, mbt relativiteit) ofwel moet je alsnog een begeleidend signaal sturen dat de 'boodschap' is 'geschreven'. (en dat gaat alsnog slechts aan maximum de lichtsnelheid...)

dus: data versturen kan sneller dan lichtsnelheid. die data vervolgens uitlezen kan nog niet sneller dan lichtsnelheid.

[Reactie gewijzigd door efari op 22 juli 2024 17:33]

[Miks]

Kan je dan niet elke nanoseconde de qubit uitlezen, en als deze veranderd is, dan is er informatie verstuurd?
Koppel zo duizenden qubits en je hebt instant informatieoverdracht, right?

[CAPSLOCK2000]

Kan je dan niet elke nanoseconde de qubit uitlezen, en als deze veranderd is, dan is er informatie verstuurd?

Nee, want het uitlezen beinvloedt de qubit.

[majic]

Maar je kan toch gewoon stellen dat persoon B de bit uitleest op een X aantal uren of dagen nadat persoon A de verzendende bit geschreven heeft?

[CAPSLOCK2000]

Nee, dat kan niet.

Op het moment dat je de qubit uitleest verandert de waarde en je weet niet waarin. De volgende keer dat je de qubit uitleest kun je dus niet zeggen of de waarde is veranderd want je weet de huidige waarde niet. Zodra je het uitleest dan weet je wat het was op het moment van uitlezen maar dan is het al weer iets anders.

Het is alsof je met een dobbelsteen gooit om alvast even te kijken wat de volgende worp gaat worden. Dat werkt niet, de volgende keer dat je gooit is het toch weer iets anders.

PS. Ik ben geen kenner. Bij het teruglezen van m'n eigen verhaal begin ik enorm te twijfelen. Volgens mij klopt het niet, en heb ik onzin geschreven. Ik laat het toch maar staan zodat iemand anders me kan uitleggen wat ik allemaal mis heb.

[Reactie gewijzigd door CAPSLOCK2000 op 22 juli 2024 17:33]

[.oisyn]

Het wordt een vaag verhaal omdat jullie beiden uitgaan van een premisse die al niet klopt: je kunt een verstrengeld deeltje niet "schrijven" . Verstrengelde deeltjes maak je, en daarna staat hun golffunctie vast. De "spooky action at a distance" gaat om het verval van die golffunctie - ookal zijn de deeltjes in superpositie als ze uit elkaar worden verwijderd, op het moment dat de één vervalt zal de ander de tegengestelde staat aannemen. Daarna is de verstrengeling verbroken en gaan beide deeltjes hun eigen weg.

De many worlds interpretatie zegt overigens dat dit verval simpelweg nooit plaatsvindt - het universum neemt simpelweg altijd alle mogelijkheden tegelijk. Pas bij een (macroscopische) interactie met andere deeltjes wordt een specifieke toestand geforceerd, en vervalt het universum in een staat die consistent is met zichzelf. Oftewel, als het ene deeltje vervalt in spin down, dan zal in die specifieke versie van het universum het andere deeltje altijd al spin up hebben gehad. Maar voordat een toestand is geforceerd, kunnen al die mogelijkheden nog wel met elkaar interfereren.

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 22 juli 2024 17:33]

[HerrPino]

Of 2 qubits waarbij 1 de klok voorstelt welke bepaald of je de ander mag uitlezen.

[.oisyn]

Dit berust op een misverstand. Een eenmaal verstrengeld deeltjespaar kun je niet "aanpassen". Het enige dat je kunt doen is uitlezen, waarna de golffunctie ineen valt in een bepaalde toestand. Het punt is, zolang de superpositie bestaat, zal die ook in het andere deeltje bestaan in tegengestelde richting. En het is juist de golffunctie waar een kwantumcomputer zijn kracht aan ontleent, omdat je daar effectief heel veel informatie in kwijt kunt (die je overigens niet uit kunt lezen, maar wel kunt gebruiken).

[kikker81]

De informatie overdracht is direct, ongeacht de afstand.
Wat ik mij afvraag is, kun je daar dan geen internet van bouwen?

[.oisyn]

Nee, er is helemaal geen informatieoverdracht. Beide deeltjes hebben elkaars tegengestelde golffunctie vanaf het moment dat je ze creëert. Welke toestand een deeltje aanneemt bij uitlezen (of generieker: bij interactie met andere deeltjes) is willekeurig. De enige zekerheid die je hebt is dat het andere deeltje altijd de tegenovergestelde toestand zal aannemen.

Een mooie analogie is het voorbeeld met twee verschillend gekleurde knikkers. Ik heb een rode en een blauwe in een zak. Ik pak er blind een uit en doe ik in een doosje. Dat doosje stuur ik naar je toe. Ik weet niet welke ik gestuurd heb, maar zodra ik naar mijn eigen knikker kijk weet ik welke jij gaat ontvangen.

Het verschil met kwantummechanica is dat de daadwerkelijke kleur al van tevoren vast ligt. Bij verstrengelde deeltjes is dat niet zo - dan wordt de "kleur" echt pas gekozen op het moment van waarneming (lees: bij interactie met andere deeltjes).

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 22 juli 2024 17:33]

[turniphead]

Maar hoe kan je er dan toch berekeningen mee doen? Als ze geen informatie bevatten kunnen we er toch weinig mee?

[.oisyn]

De golffunctie bevat informatie, en daaruit ontleent een kwantumcomputer zijn kracht. Het verval van de golffunctie is echter geen informatieoverdracht.

[turniphead]

Ahh, duidelijk, dank je

[Liberteque]

Vast wel, ik denk dat de vraag die er toe doet is 'wanneer'

[The Bula King]

Maar dan wel op de foute bestemming terecht komen

[pptw]

Het is instantane informatieoverdracht. Tweakers heeft eerder bericht over het onderzoek van Ronald Hanson dat de lokaliteits-loophole dichtte, waarmee de directe informatieoverdracht wordt bevestigd.

[Peetz0r]

Bewezen? Een enkel onderzoekje met n=83 bewijst vrij weinig. Het bewijst vooral dat mensen niks van statistiek en wetenschap snappen.

Hier, zie je meteen een onderzoek met n=1 met een "bewijs"-claim. Dit is dus een voorbeeld van hoe het niet moet.

[.oisyn]

Btw, dankzij jou is het nu n=84

Ja want Peetz0r is immers een taalverbeteraar. Oh, wacht

[t!n0]

Geweldige Nederlandse vinding.

"Je hebt altijd fouten in kwantumberekeningen." Uit interesse, waarom maken kwantumcomputers foute berekeningen? Maken ze meer fouten dan een huidige computer opstelling? Misschien dat iemand de materie een beetje kan verhelderen voor een leek?

[fabianf1]

De fouten zijn het gevolg van de interactie van de kwantumcomputer met de omgeving. Temperatuurschommelingen, veranderende magneetvelden en vele andere dingen kunnen er voor zorgen dat een qubit bijvoorbeeld opeens van 1 naar 0 springt of andersom.
In kwantumcomputers is het volgens mij zo dat met de meest gebruikelijke soorten qubits zo'n fout al op kan treden binnen 1 seconde. Dit is natuurlijk funest voor je berekening, maar met foutcorrectie kan de fout soms nog hersteld worden.

[Fusioxan]

Qubits kunnen behalve een "1" en een "0" ook in een superpositie zitten, dus zowel "1" als "0". Foutcorrectie wordt op dit moment gedaan door het kopiëren van de bit en later te vergelijken met het origineel. Echter, als je een qubit kopieert, dan dwing je de qubit in een "1" of een "0" status.

Met deze manier van actieve foutcorrectie hebben ze volgens mij dit probleem opgelost, als ik het artikel doorlees.

[Rob Coops]

Als men over dit soort fouten praat denk dan bijvoorbeeld aan het volgende:

IBM stelt dat voor een werkende kwantumcomputer het aantal fouten eigenlijk tot 1 per 100 tera-operaties teruggebracht moet worden. Dankzij frameworks voor kwantumfoutcorrectie zou het echter mogelijk zijn gebruik te maken van de berekeningen ondanks hogere foutmarges, zoals 1 per 100 tot 10.000.

Je kunt je voorstellen dat deze vinding dan ook redelijk interessant is voor de kwantum computer wereld. De vraag is natuurlijk wel of bijvoorbeeld de IBM of Google/NASA kwantum computers de zelfde soort qbits gebruiken en of deze oplossing op op een chip past etc...
Dat het een flink stap voorwaarts is is duidelijk maar of het ook praktisch toepasbaar is is mij niet geheel duidelijk. Hoe dan ook voor mij blijft het voorlopig nog een ver van m'n bed show al dit kwantum computer werk. Ik ben nog steeds redelijk tevreden met mijn gewone Core i7 :-)

[Baronio]

Als ik het concept van kwantummechanica goed begrijp zouden we binnen afzienbare tijd informatie realtime kunnen delen over grote afstanden. Lijkt me niet onbelangrijk als we naar Mars, of nog verder, gaan reizen. Misschien zelfs essentieel voor het welslagen van een dergelijke missie.

[Atmosfeer]

Nee dat kan dus niet, zoals de eerste reacties onder het artikel goed beschrijven.

[Baronio]

En dat experiment in Delft onlangs? Dat gaf toch aan dat er geen informatie verstuurd wordt, maar de verstrengeling direct is, ongeacht de afstand. Lijkt met dus niet dat dit fenomeen ook maar iets met lichtsnelheid te maken heeft.

[janvanakkerbeke]

Aaah kwantummechanica...
Eén van de enigste dingen waarvan ik goed besef dat het heel interessant en fascinerend is en waar ik tegelijkertijd zo weinig van snap.

En weeral komt het nieuws van onze noorderburen. Respect

[ro8in]

Als je dit leest en denkt van huh wat begrijp het niet? Maak je niet druk, dat komt omdat niemand het eigenlijk nog begrijpt.

We hebben hier iets met qbits waarbij ze 0 een 1 of beide kunnen zijn. Potentieel lijkt het op iets waar we heel veel mee kunnen, omdat nu met de computers van nu met alleen een 0 of 1 we ook al heel veel kunnen.
Maar wat dat dan is en hoe dit toepasbaar is weten we eigenlijk nog niet. Daardoor is het allemaal erg abstract en zijn er dus ook geen simpele begrijpelijke voorbeelden.
Dus als je dit leest en het allemaal erg verwarrend is en je er niet helemaal uit komt. Maak je niet druk want de wetenschappers die er nu mee bezig zijn hebben precies hetzelfde 👌🏻

[Reactie gewijzigd door ro8in op 22 juli 2024 17:33]

[Rudeboy2005]

Albert Einstein noemde het "spooky action at a distance"

[papa_san]

Ik heb ooit eens gelezen dat "kwantum communicatie" veilig was voor eavesdropping omdat je de data veranderd door de huidige toestand (spin) uit te lezen.
Daar lijkt nu dan, met die fout correctie, een eind aan te zijn gekomen. :-)

Het zal wel niet zo zijn, maar het staat overduidelijk allemaal nog in de kinderschoenen, ondanks alle hoera en eureka geroep.

[Reactie gewijzigd door papa_san op 22 juli 2024 17:33]