Quantumcomputing met supergeleidende verbindingen

EE Times bericht over Franco Nori, een onderzoeker van de Univeristy of Michigan, die onderzoek doet naar quantumcomputing. Samen met onderzoekers van NEC en Riken kijkt Nori naar de mogelijkheid om gebruik te maken van Josephson-juncties, een soort supergeleidende transistor, bij het bewerken en verwerken van quantum bits (qubits). Hun project richt zich de komende jaren op een architectuur die met behulp van microfabricage kan worden uitgebreid tot een lange aaneengeschakelde rij en een methode om hierin willekeurige qubits aan elkaar te koppelen. Een reeks operaties zou dan moeten leiden tot het efficiënt verwerken van quantuminformatie.

In het kort komt het erop neer dat er een supergeleidende verbinding wordt gebruikt, die is opgebouwd uit twee lagen aluminium met daartussen een laagje aluminiumoxide. Door de temperatuur onder een kritiek niveau te brengen, gaan de elektronen paren vormen, zogenaamde Cooper-paren. Deze Cooper-paren kunnen door het oxide tunnelen en wanneer ze in het oxide zijn vormen ze een superpositie van twee toestanden met andere Cooper-paren. De supergeleidende verbinding kan daardoor twee quantumtoestanden aannemen en vormt zo de basis voor quantumberekeningen. Om de stroom van Cooper-paren te sturen, worden magnetische velden gebruikt:

Interbit coupling among qubits is accomplished with two dc Squids — superconducting quantum interference devices — per Cooper pair box, which gate onto a common superconducting inductance. By activating the Squids of selected Cooper pair boxes, any combination of qubits can interact within the common inductor regardless of where they are located on the chip.

By applying a magnetic field, the Squids for two Cooper pair boxes permit the charge inside to form a loop in a common superconducting inductance. Both ac and dc superposed currents can flow through the loop, yielding interbit coupling that does not involve an observation. During this period of coherent superposition, quantum calculations can be accomplished in a single step. The time during which these quantum computations can take place is called the decoherence period.

Reacties (23)

[Verwijderd]

Voordat je iets nieuws hebt zal er toch eerst heel wat onderzoek tegenaan moeten. Zeker bij zoiets wazigs als quantumcomputing ( persoonlijke mening )

Hoe meer onderzoek, hoe meer mogelijkheden bekeken kunnen worden, hoe meer mogelijkheden afvallen, waardoor je langzaam maar zeker in de goede richting komt.

Jammer dat ik van de quantumgeneuzel niet veel begrijp, maar ik had begrepen dat het over 0 en 1 ( twee toestanden ) uit ging, maar hier hebben ze het toch weer over twee toestanden ...

[lucid]

Dit moet je denk ik zien als een minimiem puzzelstukje, of het draaien van een puzzelstukje, om straks op de juiste plaats te kunnen vallen. Laten we wel wezen, zonder filosofisch te worden..De mens heeft toch wel een niveau bereikt waarvan je mag verwachten dat we binnen afzienbare tijd baas zijn over alle materie en haar structuren. En dat is 1 puzzelstukje op weg naar quantumcomputers.

Misschien gebeurt het toch nog sneller dan we allemaal denken vanwege de dubbelexponentieele groei van onze kennis en kunde @the moment.

[Verwijderd]

Voor de geinteresseerden:

Een quantum computer emulator:

http://rugth30.phys.rug.nl/compphys0/qce.htm

[reddog33hummer]

wanneer komen ze nu een keer met een echte quantum computer ? Ik bedoel eentje die nog niet zo snel is maar al wel werkt. Ze hebben volgens mij namelijk alle onderdelen al. Waar blijft dat ding ?

[arjankoole]

nou, het artikel zegt 't al:

- supergeleidend: we hebben nog geen superconductors gevonden die op kamertemperatuur kunnen werken.

- onder kritieke temperatuur (voor de Cooper-paren)
denk hierbij aan een temperatuur van zo rond het absolute nulpunt ( - 273 graden celcius) Dus ook niet makkelijk

- krachtvelden
waarschijnlijk heb je niet zulke heftige krachtvelden nodig als voor kernfusie, maar denk toch wel aan een fors aantal watjes. Ook niet bepaald bruikbaar, en nogal slecht voor je energie rekening.

Techniek is 1 ding, toepasbaarheid en volgende, en bruikbaarheid in werkomgevingen een derde. En geen van allen zijn ze echt makkelijk te realiseren.

[ministeraanbeienkwark]

dit is al gebeurt, een tijdje geleden werden de eerste testen gedaan maar er scheen nog een probleem te zijn om over de 1megahertz grens heen te komen

http://www.tweakers.net/nieuws/22846

[SpankmasterC]

ok, ik ben het effe kwijt...

ik dacht altijd dat quantum-computing uitging van 3 mogelijke toestanden: 1, 0, en onbekend. maar nu hoor ik hier weer dat het anders zit?
kan iemand het misschien eventjes een beetje uitleggen, of een linkje geven?

[ministeraanbeienkwark]

je kan het zien als het in welk doosje zit het balletje. een normale computer draait ze een voor een om, maar een quantum computer draait ze allemaal tegelijk om in 1 keer.

Dit voorbeeld kan je bijvoorbeeld vergelijken met de RC5-64 waar velen computers een encryptie proberen te kraken door 1 voor een een sleutel te generen. Het heeft toen ruim 4 jaar geduurd, maar theorities zou dit met een quantium computer een paar minuten moeten duren

[SpankmasterC]

ohja, het begint me weer te dagen...
ze willen dus meerdere quantum-dimensies gebruiken om alle mogelijke oplossingen tegelijk te berekenen...

dank je, nu weet ik 't weer... ooit es gelezen erover in een boek van Michael Crichton, was een beetje weggezakt...

of... is dit dan weer iets te positief, en zijn 't 'gewoon' deeltjes die tegelijkertijd beide toestanden kunnen zijn?

[ministeraanbeienkwark]

De bits die we nu gebruiken 1 en 0 worden in een quantumcomputer vervangen door qubits.
Een qubit heeft ook iets er tussenin of een combinatie van beide hebben.
De qubits zijn opgebouwd uit qudots (kleine groepjes elektronenen). Door de elektronen van de ene qubit naar de andere te verplaatsen kun je er mee rekenen.
Het voordeel hiervan is dat je berekeningen parallel kunt uitvoeren(tegelijk). Je kunt iedere Qubit voorstellen als een processor. Een quantum computer is opgebouwd uit duizende qubits dus het heeft een rekenkracht van duizenden computers .
Doordat de qubits zo klein zijn wordt het mogelijk om computers nog veel kleiner en krachtiger te maken.

als je nog wat meer handige informatie wil weten kijk dan op http://www.cs.caltech.edu/

<edit>typo's</edit>

[Munters]

Een quantum computer (qc) heeft geen duizenden qubits nodig hoor.
Stel je voor dat je RC72 (dat spreekt tenminste aan hier ) met een qc wilt berekenen.
Dan heb je 72 qubits nodig.

Aangezien iedere qubit tegelijk 0 en 1 representeert, bevat deze qc alle 2^72 toestanden (=sleutels) meteen en tegelijk.
Deze qc bevat per definitie dus gelijk de enige juiste sleutel en de 2^72-1 foutieve.

Het "programma" moet nu gaan rekenen met deze qubits (= sleutels testen), en dat gaat ook weer parallel. Oftewel met 1 "iteratie" worden alle mogelijke sleutels simultaan getest. (Je rekent 1 sleutel door, maar omdat je dat met qubits doet doe je dat automagisch met alle 2^72 ineens).

Probleem is alleen om nu de juiste er nog uit te filteren.
(Even afgezien van het fysiek bouwen van de qc).

[JSK]

Bijna correct. Voor het kraken van RSA codering door een quantum computer wordt het Shor algoritme gebruikt. Hier wordt de grootste snelheidswinst gehaald in de quantum fourier transformatie. Bedenk wel, dat voordat deze transformatie kan worden uitgevoerd, andere berekeningen moeten worden gemaakt, en dat hiervoor 'klad' registers nodig zijn. Hierdoor is ongeveer het dubbel aantal qubits nodig. Dus in dit geval iets van 2*72=144.

De realisatie waar het artikel over spreekt, de Josephson junction, is absoluut niet nieuw. Supergeleiding kan misschien helpen, maar de grootste uitdaging is toch de realisatie van een superpositie van veel qubits, zeg 500 tot 1000, met een decoherentietijd (waarna de superpositie verloren is), die langer is dan de tijd die de berekening vergt. Nieuwe technieken worden vaak aangekondigt, maar zelden wordt een echt experiment met meer dan 2 qubits getoond. De enige techniek die dat wel heeft laten zien is NMR, met 7 qubits, maar die schaalt niet door tot grote quantum computers.

[SpankmasterC]

dat maakt 't duidelijk, bedankt!

damn, dan moet je voor DPC gaan draaien!

[ministeraanbeienkwark]

Het is niet zo dat een qubit gelijk is aan een berekening. kijk maar naar huidige pc's, een megabyte is toch ook niet hetzelfde als een megaflop.

Ik denk dat het aantal mogelijkheden van een vraagstuk best vaak groter kan zijn dan 2^72 (plm 10^22), dus dat je inderdaad meer dan 72 qubits nodig hebt.

Stel je voor je hebt (6^83) moleculen water(3 molekulen waterstof en zuurstof), en ze nemen drie verschildende manieren een plaats in hun kristalrooster. Dan krijg je al 6^249 mogelijkheden.

[Ryan1981]

Hey ik zag dit staan en pakte effe mijn binas er bij en daar staat een legering in die al gaat supergeleiden bij 130 graden Kelvin (-143 graden Celcius)
Dit is de "scheikundige symbolen naam" waarbij je de getallen tussen"[ ]" als subscript aanduiding voor het aantal atomen moet zien:

CaBa[2]Tl[2]Cu[2]O[x]

dus das al een stukie minder dan de -273 van hierboven. We komen er wel....

Ohw en die laatste reactie. ik weet dat ze met een apparaat een cirkeltje van C atomen gemaakt hebben dat is de 1e stap in het ordenen van atomen, nu nog een manier om dit 3D te doen en dan niet met atomen maar met electronen neutronen en protonen en je kan van elke willekeurige stof alles maken watje maar wil.

Doe mij maar een paar kilo goud en platina en een zooitje diamanten en hier hebbie 300 liter water als brandstof

[Verwijderd]

Jaja... van scheikunde heb jij duidelijk nog niet veel kaas gegeten

[Verwijderd]

Je kan dan wel alles maken, maar dat kan nog goed duurder zijn dan het gewoon uit de grond halen.

[WEBsel]

Een quantumcomputer die net zoveel kan als de eerste buizencomputer in 1950 bestaat nog niet. Maar de techniek die je nodig hebt om een computer te maken (schakelen, opslaan, bit manipulatie) zijn ze nu aan het ontwerpen en de eigenschappen want quantums aan het verkennen.
Maar het kan nog wel tot 2020 duren voordat we een Quomputer in de binnenzak meedragen.

[wacco]

Vergeet niet dat de eerste computers met papier en pen werden uitgedacht en ontworpen. (chips werden zelfs uitgetekend)

Nu kunnen ze, zodra ze de basis aan de praat hebben, in één klap makkelijk van een 'buizencomputer' niveau naar bijv. de pentium 1 springen, en misschien nog wel verder.

Dat zegt niet dat we hem over vijf jaar hebben... eerst moeten ze maar eens wat simpele logische poorten proberen te bouwen.

[Verwijderd]

Dit druipt echt van de stelling:

"Ligt nog heel ver weg van practisch gebruik"

Zal vast nog wel een aantal jaren duren voordat we hier iets aan hebben!

[Verwijderd]

Weet je wat pas echt een quantumcomputer is?

.....De kristallen bol van Gartner! Elke keer komt er een andere voorspelling uit

[Verwijderd]

Er zijn bepaalde taken waar quantumcomputers heel geschikt voor zijn (encryptie/decryptie, routes plannen, etc), maar voor zoiets als tekstverwerking is het helemaal niet geschikt. Daarom denk ik dat als het ooit in een thuiscomputer komt dat het dan eerst als een soort coprocessor komt die dan alleen de taken doet waarvoor hij heel erg geschikt is.