Wetenschappers ontdekken 'kwantummolecuul'

Wetenschappers hebben reeksen van ongeveer honderd atomen met hetzelfde magnetisch kwantumgetal gevonden in een niet-magnetisch, keramisch materiaal. Volgens de geleerden brengt de vinding kwantumcomputers een stapje dichterbij.

Wetenschappers van het London Center for Nanotechnology, het U.S. Department of Energy's Brookhaven National Laboratory en de Johns Hopkins-universiteit hebben een dertig nanometer lange reeks nikkelatomen ontdekt die allemaal hetzelfde magnetisch moment hadden. De reeks bestond uit zuurstofatomen in een octaëder-indeling met een nikkelatoom in het midden en de elektronen hadden een willekeurige spin. De wetenschappers waren in staat de reeksen op te splitsen in kleinere reeksen en hun kwantumgetal te manipuleren door onzuiverheden te introduceren of het materiaal op te warmen.

Een van de grote problemen die kwantummechanische systemen hebben, is dat individuele elektronen elkaars spin beïnvloeden, waardoor lange reeksen met dezelfde spin niet mogelijk zijn. Er wordt daarom meestal gekeken naar de kwantummechanische eigenschappen binnen een atoom, maar de onderzoekers hebben nu een kwantummechanische samenhang gevonden in een reeks nikkelatomen met de afmetingen van een molecuul. Bovendien konden ze de qubits manipuleren, zonder daarbij de kwantummechanische eigenschappen van nabijgelegen elektronen te wijzigen.

Reacties (36)

Ja.. best leuk allemaal die kwantumcomputers hoor..

Maar helaas zijn kwamtumcomputers niet het utopie al velen wel denken.. Kwamtumcomputers geven een kwadratische speedup vergeleken bij de huidige computer (In essentie een turingmachine).. Dus ja we gaan absoluut sneller.. Maar theoretisch gezien zet het eigenlijk geen zoden aan de dijk..

Kwamtumcomputers geven een kwadratische speedup vergeleken bij de huidige computer

Bron?

Dus ja we gaan absoluut sneller.. Maar theoretisch gezien zet het eigenlijk geen zoden aan de dijk..

We gaan sneller in de praktijk, maar niet in de theorie?

Een kwantumcomputer is geen computer met een hogere kloksnelheid ofzo. Een kwantumcomputer werkt op een andere mannier dan een klassieke computer. Je kan ook niet zomaar een klassiek algoritme implementeren op een kwantumcomputer en dan verwachtten dat de kwantumcomputer sneller is. Je moet speciale algoritmes schrijven die gebruik maken van speciale eigenschappen van kwantumcomputers.

Hoeveel kwantum computers sneller zijn dan klassieke computers hangt af van het algoritme dat je uitvoerd. Dit kan kwadratisch sneller zijn (Grover's algoritme), maar ook zelfs exponentieel. (Bron: http://en.wikipedia.org/wiki/Grover%27s_algorithm)

Ik wil toch ook wel een bron zien over dat 'kwadratische versnelling' of gewoon je redenering daarachter. Voor zover ik weet gaat een gewone berekening op een quantumcomputer niet met O(n²) sneller dan op een traditionele. Als k me niet vergis wordt het mogelijk om NP-complete problemen op te lossen in eindige tijd, een beetje op de manier oe back-tracking en brute-forcing werken, zolang je maar je resultaten gefilterd krijgt, maar daar durf ik mijn hand niet voor te verwedden da het werkelijk zo is.

Anyhow, wat ik over quantum computing weet is dat het speciale algoritmes vereist. Wat dus betekent dat je in geen geval een klassiek algoritme met een quantum-algoritme kan vergelijken. Wat wel kan, is voor een bepaalde taak een quantum-algoritme vergelijken met een klassiek algoritme. Dit lijkt gemuggenzift, maar voor mensen die wat van informatica weten, ook normaal. De algortimes die het eerst aangeleerd worden, zijn zoekalgoritmes. Bubble Sort, QuickSort, Merge Sort, Polyphase Sort. Elk van die algoritmes heeft sterke en zwakke kanten, en sorteren ook in andere tijdsorde. Dat is ook logisch, want elk algoritme voor een bepaalde taak, hoeft niet bepaald een verhouding in tijd tot elkaar te hebben. Stel bv. algoritme A klaart alles in O(n^3), B in O(n^2). Dan hoeft het niet zo te zijn dat er een algoritme C met O(n) bestaat, zoals je zelf impliceert door te zeggen dat QC O(n^2) sneller is. Want bepaalde taken vereisen nog altijd een bepaalde tijd, die afhankelijk is van het algoritme en van de gebruikte technieken. Anyhow, je kan algoritmes wel willekeurig traag maken, maar willekeurig snel kan NIET.

Voor bepaalde taken, bestaan er quantum-algoritmes die veel tijdswinst beloven; maar zeker niet voor alle taken en waarschijnlijk zijn er ook wel taken die op quantum computers even snel of zelfs trager verlopen dan normaal.

Om even het paradepaardje van quantum computing te geven: ontbinden in priemfactoren. Voor grote getallen niet simpel. Volgens de Engelse WikiPedia is het beste klassieke algoritme, het GNFS-algoritme dat voor een getal van b bits het algortime in tijd O(e^(b^(1/3)(log(b))(2/3)). Ik heb hieruit wat factoren weggelaten, omdat het anders een echte nummerbrij wordt. Nog iets simpeler gezegd: O(e^(b log b)/3, vermits we hier toch maar met benaderingen zitten. Een quantum-algoritme dat dezelfde taak moet vervullen, namelijk het Shor-algoritme, voert die taak uit in O(b^3). Exponentiële tijd naar polynomiale tijd, de tijdswinst is hier dus in GEEN geval kwadratisch. Voor mensen die het niet weten, O(n^3) is nog steeds niet zo kort, maar een exponentiële tijd is praktisch niet uitvoerbaar voor grote getallen. Waardoor we op dit moment nog kunnen genieten van public key cryptography, doordat dat ontbinden in priemfactoren zo goed als onmogelijk is.

Als korte samenvatting: je kan niet zeggen dat QC O(n^2) sneller is, je kan wel algoritmes voor dezelfde taak vergelijken, maar verschillende algoritmes voor dezlefde taak hebben niet noodzakelijk een bepaald tijdsverband. Dus voor bepaalde taken is QC wel handig en bestaan er gigantische tijdswinsten (ook een kwadratische tijdswinst is al heel mooi). Bv. van O(n^3) tot O(n) is n = 500 van O(12 500 000 000) naar O(500). Ik wacht liever 500 s (verondersteld dat een eenheid ongeveer een seconde is) of ongeveer 8 minuten dan het andere (ongeveer 4 jaar) op mijn bus. Kortom, zelfs een kwadratische winst zou mooi meegenomen zijn; maar we hebben tijdswinst die afhankelijk is van het algoritme.

Het mooie van PKE is nou juist dat hoe snellere computers je hebt hoe veiliger je PKE *kunt* maken. Dat is omdat de algoritmes om (met grote waarschijnlijkheid) grote priemgetallen te maken minder duur zijn dan die om het product van die twee te kraken.

Weet iemand of de priemgetallengeneratie algorithmes <<< O(b^3) zijn in dat geval gooien we gewoon de bitsize flink omhoog en zal PKE nog lang heersen.

De turingmachine is gebaseerd op een mechaniek waarbij 1 head afhankelijk van de state 1 actie onderneemt. Kwantumcomputing heeft de potentie om complexere computers te creeren. Misschien dat we op een dag systemen kunnen ontwerpen die niet meer gebaseerd zijn op deze 'domme' seriele processing van turing-based computers, maar meer lijken op biologische systemen of de menselijke hersenen, waarin miljarden signalen tegelijkertijd binnen komen en een weg zoeken door het systeem. Quantum computing is in de traditionele zin van computers misschien geen utopie, maar is zeker een zeer interessante ontwikkeling naar geavanceerdere IT.

Turing machines worden ook gebruikt om de complexiteit van problemen aan te geven. Dit wordt meestal uitgedrukt als rekentijd om een probleem van een bepaalde grootte op te lossen. Er zijn overigens ook non deterministische turing machines die vele malen krachtiger zijn.

De Turingmachine is een theoretisch model van berekening, geen fysiek apparaat. Het is opzettelijk zo simpel mogelijk gemaakt om over de fundamenten van berekening te kunnen praten. Parallele verwerking bestaat al, en moderne computers lijken juist weinig op een Turingmachine. (Als je me niet gelooft, schrijf dan maar eens een programma voor een Turingmachine -- da's geen leuk werkje.)

Een kwantumcomputer kan niet meer berekenen dan om het even welke bestaande computer, alleen kunnen sommige problemen (veel) sneller opgelost worden. Dat zal zeker wel het landschap van de IT veranderen, maar dat heeft met Turingmachines niets te maken.

Tot dat het snelheidsplafond van silicum bereikt is. Dan wil je toch wat anders en aangezien dit nog maar het begin is zou het zomaar kunnen dat we er veel meer uit persen als het gemeengoed is.

Ging keramisch materiaal niet heel toevallig als een magneet afstotende verschijnselen tonen bij een temperatuur in de buurt van de 0 graden Kelvin?

0 kelvin, dats best koud... Doet dat ertoe hier op aarde?

0 Kelvin is bijna onmogelijk te halen. Dat doet er mbt. negatieve eigenschappen helemaal niet toe. Nu is het afaik wel zo dat we supergeleiding (nog) nodig hebben voor quantum, en dat kan alleen als het heeeeel koud is.

Niet helemaal. Negatieve temperaturen (in Kelvin) zijn wel degelijk mogelijk en nul Kelvin dus ook. Ze volgen gewoon uit de wiskunde. Je zou bijvoorbeeld kunnen denken aan een atoom met 2 energieniveaus. Normaal is het onderste meer gevuld dan het bovenste, en als alle elektronen in het onderste niveau zitten dan is de temperatuur gedaald tot 0 Kelvin. Echter als je het voor elkaar kan krijgen om meer elektronen in het bovenste energieniveau te krijgen dan in het onderste (door simpele exitatie met een laser ofzo) dan volgt uit de wiskunde dat de temperatuur in Kelvin NEGATIEF is.

Zie voor een redelijke uitleg deze site. Het komt er dus op neer dat een negatieve temperatuur in Kelvin wel bestaat alleen dat je die niet kan benaderen door alleen maar te koelen.

Dat is gewoon iets theoretisch dat voortkomt uit de gemaakte afspraken. In praktijk zal je nooit onder de 0 kelvin gaan.

0 Kelvin is niet te halen
Het is een berekende absolute 0 waarde. Bij 0 Kelvin zijn er zich geen bewegende moleculen meer. dit houd in dat het atoom of de stof uit elkaar valt. en dan is de stof de stof niet meer

Nee. 0 K is inderdaad een praktische onmogelijkheid volgens de wetten van de thermodynamica, maar het is niet zo dat moleculen uit elkaar zouden vallen omdat ze niet bewegen (?), en atomen vallen al helemaal niet uit elkaar. De theorie voorspelt eerder kristalvorming.

Om atomen uit elkaar te laten vallen heb je een grote atom-smasher nodig: zie hier: www.cern.ch

Iemand die met koude spullen had gewerkt, die kon met veel truukjes en vele cascades van koelunits een kleine ruimte tot minder dan een tiende Kelvin terug brengen.

Straks heel koud spul

[Reactie gewijzigd door VisionMaster op 2 augustus 2007 19:22]

Of heeeeel lang wachten. Was op NGC iets over het expanderende universum en dat aan het eind der tijden alle deeltjes uit elkaar gevallen zijn tot niets.

Dat heb ik ook gezien. Maar dat is omdat het heelal uitdijt en daardoor alles uit elkaar getrokken zal worden (incl atomen en zelfs protonen). Heeft niks met de temperatuur te maken.

was er niet een keer een lab geweest wat -0.25 kelvin heeft gehaald in een test opstelling.

-0.25 kan niet, dat ligt ofwel aan een grove meetfout ofwel was het een mooie hoax.

"During our present research on rhodium, the spin system has been cooled to 250 pK, the lowest temperature ever produced and measured, but no sign of magnetic ordering has been observed so far."

Da's dus 0.00000000025 K. Vind je het erg als ik dat afrond op '0K'?

ja een heel specifiek soort, volgens mij niet ieder keramisch materiaal. Bovendien staat hier niet dat het gekoeld was.

Verbazingwekkend dat manipulatie van een kwantumgetal in een octaëderindeling gelukt is, waarbij op moleculair niveau de samenhang is gevonden in plaats van atomair niveau! Dit betekent een revolutie in de kwantum-computing, hoewel ik vermoed dat de gebruikte temperaturen net boven 0 Kelvin liggen en dus bij lange na niet voor de consument beschikbaar gaat worden.

De subatomaire eigenschappen van kernpartikels zijn sowieso verbazingwekkend vanwege de superpositie-eigenschappen wat duidt op een energiesamenhang tussen al wat is..

Boem!... oeps... hadden we er toch niet mee moeten experimenteren...

End of the world documantaire gezien? http://www.imdb.com/find?s=all&q=end+of+the+world

WOW: heb ik dan zometeen een hele "coole" computer?

Dat is een basisbegrip uit de kwantummechanica en je kunt het zien als een rotatie, maar dat is het eigenlijk niet. Het klinkt misschien wat vaag/abstract, maar dat is de kwantummechanica nou eenmaal .

Wiki

[Reactie gewijzigd door AntonH op 2 augustus 2007 16:34]

Nope Spin is ook een nederlands woord;

spin1 (de ~ (m.))
1 (~s) snelle, draaiende beweging om een as => effect
2 bepaalde draaiende figuur bij het dansen

lol, nog niet, maar ik zie de flame wars in de toekomst al

"Mijn computer kan meer qubits in super positie houden dan die van jou!" en
"Ik weet het antwoord van jou rekensommetje nog voor dat jij je vraag heb gepost op GoT dat je een probleem hebt!"

* VisionMaster kijkt nog even verder in de glazenbol

[Reactie gewijzigd door VisionMaster op 2 augustus 2007 19:31]

Nee, dat moet niet. Waren er nou maar boeken waarin stond welke woorden gangbaar zijn en wat ze betekenen...