Onderzoekers zetten stap richting quantumcomputer

Duitse onderzoekers zijn erin geslaagd om de spin van individuele atomen te manipuleren met behulp van een laser. De onderzoekers zeggen daarmee een belangrijke stap in de richting van quantumcomputers te hebben gezet.

In quantumcomputers kan de spin van een atoom dienstdoen als informatiedrager. Door deze te manipuleren zouden afzonderlijke atomen als qubits in quantumcomputers kunnen dienstdoen. Het beïnvloeden van deze spin of quantummechanische toestand is echter verre van eenvoudig, maar Duitse onderzoekers van het Max Planck Institute of Quantum Optics zijn erin geslaagd dit met behulp van een laser te realiseren.

Zij maakten gebruik van gekoelde rubidiumatomen die zij vasthielden in een kunstmatig rooster, gemaakt van elkaar kruisende laserbundels. Vervolgens schenen ze een laserbundel met een diameter van 600 nanometer in individuele cellen van het laserrooster en wisten op die manier de energietoestand van de rubidiumatomen te wijzigen. De laser veranderde daarbij de energie die nodig is om de spintoestand van de atomen van de ene in de andere toestand te veranderen.

Een energiegolf die met die gemodificeerde transitie-energie overeenkomt, kon vervolgens alleen de spintoestand van de met de laser beschenen atomen veranderen. Om dit proces te demonstreren, maakten de Duitsers patronen van atomen in het laserkristal. De atomen in hun raamwerk zouden een basis kunnen vormen voor een quantumcomputer, waarbij elk atoom een qubit vormt. De volgende stap zou het uitvoeren van logische bewerkingen op de qubits zijn.

Reacties (75)

laserbunder met een diameter van 600 nanometer

Hoe doen ze dat dan? Volgens mij zit je dan ver onder de diffractielimiet, tenzij je x-ray of zoiets gebruikt.

In de link lees ik dat ze "gewoon" een microscoop gebruiken, maar een spot van 600 nm is inderdaad best knap. Ook zal de werkafstand (van objectief tot atoom in het rooster) niet groot zijn. Dan betekent dus dat je je microscoop heel dicht bij het rooster moet brengen, zonder dat je de laserbundels raakt die het rooster maken, anders zijn al je atomen foetsie. Da's best lastig.

Die roosters van atomen konden ze al eerder maken. Het nieuwe is dat ze nu echt individuale atomen kunnen adresseren, zonder naburige atomen te beinvloeden. heel knap, maar ja, het wordt dan ook in Nature gepubliceerd.

Ze gebruiken inderdaad een objectief, maar het is wel custom voor ze gemaakt.

Een spot van 600 nm is niet zo heel moeilijk. De diffractielimiet is de golflengte gedeeld door twee keer de numerieke apertuur (zeg maar de openingshoek van het objectief).
Bij 780 nm (de absorptie golflengte van Rubidium) heb je dan dus een NA nodig van 0.65.

Het bijzondere aan het objectief is dat de werkafstand extreem groot is, namelijk 14 mm.
Een commercieel objectief met NA=0.65 zou een werkafstand van minder dan een mm hebben. Deze grote werkafstand is nodig omdat het objectief buiten de vacuumkamer staat en de atomen in de vacuumkamer zitten. Er zit dus een glasvenster tussen.

Om de zaak nog ingewikkelder te maken, dat glasvenster is ook nog een beetje gebogen, omdat er aan de ene kant vacuum zit en aan de andere kant atmosferische druk. Het objectief is speciaal gemaakt om ook met deze kromming van het venster rekening te houden!

misschien heb je hier iets aan?

nieuws: Laserstraal wordt scherper

http://www.scientias.nl/s...reld-gepresenteerd/26391#

Als kwantumcomputers ooit mainstream gaan, zeg dan maar adieu tegen je wachtwoord op je hotmail- of facebook account, want dat heeft zo'n ding echt in no time gekraakt. Zelfs je ingewikkelde Truecrypt-wachtwoord van 255 karakters zal dan niet veilig meer zijn.

Hoe dan ook, er zullen met het verschijnen van dergelijke geavanceerde technologieën ongetwijfeld ook nieuwe sociale structuren moeten komen, want de oude - op competitie en winstbejag gebaseerde - structuren zullen dan echt hopeloos verouderd zijn.

Een bit heeft 2 mogelijkheden (1 of 0). Een qubit '3' (1, 0, of beide)

Stel je voor: Een 3-bit computer kan in 1 tik een van 7 mogelijke combinaties weergeven. Elke bit in een kwantumcomputer (qubit) kan tegelijkertijd bestaan als een 1 of een 0. Dat betekent dat een 3-qubit kwantumcomputer 8 maal sneller kan rekenen dant een 3-bit digitale machine. Je PeeCee rekent met 64-bit data, maar stel je nou eens voor dat dit een 64-qubit kwantumcomputer was, dan kon je opeens 18.446.744.073.709.551.616 keer meer data verstouwen per tik!

Het lijkt in de lijn der verwachting te liggen dat de huidige cryptografie niet is opgewassen tegen de rekenkracht van kwantumcomputers. Maar tegelijkertijd geeft deze nieuwe kwantummechanische technologie uitzicht op nieuwe soorten versleuteling: kwantumcryptografie. Deze manier van versleutelen zal zich dan verhouden tot Truecrypt encryptie als Truecrypt tot monoalfabetische substitutie.

Deel van het probleem is dat we met z'n allen binair zijn gaan denken. Het zal wel een generatie of twee duren voordat dat er weer uit is...

[Reactie gewijzigd door mrlammers op 25 maart 2011 16:11]

Iets zegt mij dat tegen die tijd er dan ook wel een nieuwere vorm van encryptie zal ontstaan.
Mja als ze dit al kunnen berwerkstelligen lijkt mij een verbeterde/andere beveiliging ook wel mogelijk

Er was toch al een werkende quantum computer?

nieuws: Werkende quantumcomputer gedemonstreerd

Wat is nu het verschil? Dat ze nu de kernspin veranderd hebben met een laser ipv stroom?

Het uitlezen is het punt.

Ze hebben de spin veranderd.... prestatie op zich maar dan moet je er nog iets mee doen. En dat is gelukt. De atomen met waarvan spin is veranderd konden worden gestuurd (en in patroontjes gelegd).

De vraag is nu: hoe maakt je hier logica van?

Simpele voorstelling is de braille uitleg van bits: een puntje is 1, geen puntje is 0. Nu heeft de status meer waarden: het "puntje" kan nu de vorm hebben van een rondje en van een vierkantje.... klinkt mooi maar het probleem is de gevoeligheid van je vinger (het uitlezen). Het is bij braille (bijna) niet te doen om verschil in puntjes te voelen.

Ze hebben dus nu een manier gevonden om te schrijven... nu nog kunnen lezen.

Disclaimer: dit is een vage niet-wetenschappelijke interpretatie door mijzelf. Als iemand het beter kan verwoorden: ga je gang. (Ook sluit ik niet uit dat ik het hier totaal onjuist heb)

volgens mij zit je er toch echt naast. Er is al een WERKENDE quantumcomputer. Ze hebben er sudoku's mee opgelost, ideale indeleingen gemaakt en een database doorzocht. Ofwel de spin is dus al uit te lezen, anders was dit niet mogelijk geweest.

Het enige verschil dat ik zie is dat ze in dit artikel een laser hebben gebruikt en in het andere artikel een spanningsveld om de spin te veranderen. En dat ze wat andere elementen gebuikt hebben (hier rubidium, ander artikel niobum).

Iemand anders een idee?

In het werkende voorbeeld zijn de qbits veel groter (groepen atomen met draden omwikkeld) en gaat het hier om "losse atomen".

Het teruglezen door van een groter element is relatief makkelijker dan van een kleiner element.

Het feit dat ze atomen al kunnen isoleren op basis van de waarde die ze hebben is een eerste stap naar het kunnen uitlezen.

(maar ik sluit niet uit dat ik ook dit een onjuiste aanname is.)

[Reactie gewijzigd door -RetroX- op 25 maart 2011 12:40]

Ik dacht dit zelf ook al. Hier spreken ze van de spin veranderen van één enkele atoom en in het andere artikel van kleine bolletjes.

Maar wat ik ooit op school heb gehad over NMR (ofwel kernspinresonantie) is dat de spin altijd op één atoom is. Daarom heet het ook kernspin.

Maar wat misschien wel zou kunnen is de totale kernspin van een groep atomen (die bolletjes waar ze over spreken) aanpassen en dan de totale spin uitlezen. Dit omdat het misschien niet mogelijk was de spin van 1 enkele atoom aan te passen mbv stroom (ofwel magneetveld). Net zoals bij NMR, hierbij wordt ook een grote groep atomen "gerangschikt"

misschien dat AHBdV iets meer weet

heb alles nu een paar keer doorgelezen en ik kom tot het volgende:

De atomen zijn niet te zien dus de effecten zijn hetgene wat meetbaar is. Stel dat een (groep) atomen andere spin krijgt dan wordt het magnetisch veld anders. Deze verandering in het magnetisch veld is dan hetgeen wat af te lezen is. (de werkende variant)

De situatie van vandaag gaat over het specifiek isoleren van de atomen zelf die een bepaalde staat hebben. Dus niet het effect dat ze veroorzaken.

(disclaimer: ook dit kan dit totale onzin zijn, ik ben niet heel bekend met de materie)

Dus ze kunnen nú al Quake draaien op een quantumcomputer?

Even serieus, dit is natuurlijk een gigantische vooruitgang op het gebied van computers. Het duurt natuurlijk nog tig jaar voordat het commercieel verkrijgbaar is, naast het feit dat de lasers niet goedkoop zullen zijn qua verbruik.

Okee, hoeveel keer 'qua' staat er in deze comment?

Misschien komt er later wel iets dat iedereen enkel een beeldscherm keyboard en muis (of ander invoerapparaat) heeft, en verder iedereen aangesloten is op dezelfde quantum computer.

Zo hoef je dan maar per X aantal gebruikers een computer te kopen.

De toekomst is onzeker

Zoals die ouwe time shared systemen . (Maar dan natuurlijk niet time shared, maar concurrent )

[Reactie gewijzigd door MrSnowflake op 25 maart 2011 11:28]

Ik ga voor 4

Ik vraag me dan af als leek op natuurkundig en computer-hardware gebied, hoe het kan dat zo'n quantum computer veel meer rekenkracht heeft dan een computer zoals we die nu kennen.
Heb je geen conventionele computer nodig om zo'n quantum computer aan te sturen? Is het dan niet zo dat dit dus alsnog een beperkende factor is voor de rekenkracht?

Ik ben natuurlijk geen expert op dit gebied, maar voorzover ik weet is quantum computing voornamelijk interessant voor bepaalde wiskundige problemen.
In tegenstelling tot klassieke computers geven kwantumcomputers eens stochastishe uitslag m.a.w. als ik de factorisatie van 6 wil uit rekenen met een speciaal daarvoor ontwikkeld kwantumalgoritme dan zal daar uitkomen dat dit 99.99..% zeker 2*3 is.

Vervolgens is dit antwoord triviaal te controleren met een traditionele computer.
Kortom het is niet waarschijnlijk en ook niet de bedoeling dat al het werk overgenomen wordt door de quantum computer, slechts die specifieke problemen waar deze goed in is en waar algoritmes voor bedacht zijn.

Misschien is iemand het nog niet opgevallen, maar op het linker plaatje zie je twee van de atomen in het raster een binding met elkaar hebben. Op zich niet heel speciaal, maar dat je dat hier nu atoom op atoom kunt zien, is best bijzonder. Het is altijd interessant om dingen te "zien" waar honderden jaren alleen wilde theorieën over bestonden. De resolutie van dit plaatje is(mogelijk door het laser rooster) veel hoger dan de eerdere plaatjes die ik van soortgelijke dingen heb gezien.( Voorbeeld: Het artikel op tweakers over de 7 atomen grote transistor. )

Bovendien is er een grote mogelijkheid dat een volgende technologische sprong onze levensstijl totaal veranderd. Quantum computing is nodig voor deze technologische sprong, dus elke stap in de richting is oneindig veel boeiender dan ander "tech" nieuws. Bij deze: goed artikel, goed onderwerp.

ps. Ja waar is de stickman? En waar is het peace teken?

[Reactie gewijzigd door Anoniem: 229719 op 25 maart 2011 12:22]

Nou dat valt mee, als je het artikel leest zie je dat de rubidiumatomen in een regelmatig rooster gerangschikt zijn. De afstand tussen elk punt op het rooster (en dus de atomen die gevisualiseerd zijn) is echter ~500nm. Tussen de afzonderlijke rubidium atomen zitten echter duizenden andere atomen die niet gevisualiseerd worden.

Wat een slechte reacties op dit topic zeg. De (nieuws)waarde van dit artikel is 100keer groter dan bijvoorbeeld deze: nieuws: Amerikanen krijgen 20Pflops-supercomputer
De Titan is gewoon meer van hetzelfde, terwijl deze techniek een praktische toepassing lijkt te hebben gevonden voor kwantummechanische verschijnselen die we tot nu toe eigenlijk alleen verklarend hebben gebruikt. Vandaag lost ie een sodoku op, maar onze kinderen hebben mogelijk straks zo'n ding op zakformaat en veegt ie de vloer aan met de Titan.
De eerste halfgeleider werd 60 jaar geleden voor de eerste keer toegepast in een IC. Nu hebben we er enkele miljoenen op een vierkante millimeter, goed voor GigaFLOPS.
Nu spelen we met een paar rubidiumatomen, en over 60 jaar kunnen er vele miljarden op een vierkante millimeter, rekeninghoudend met qubits, goed voor XeraFLOPS.

Nou die plaatjes verduidelijken het verhaal tenminste , of ligt dat gewoon aan mezelf?

Volgens mij is het doel van de plaatjes dat ze laten zien dat ze de atomen aansturen, en dat de atomen niet in het wilde weg hun eigen ding aan het doen zijn. (Correct me if I'm wrong)

Volgens mij is het Nederlandse woord voor het Latijnse woord quantum gewoon kwantum.

Het gaat hier om de wetenschappelijke benaming. Op een gegeven moment was er een wetenschapper die zei: Dit noem ik een quantum. Niemand heeft het ooit kwantum genoemd.
Bovendien is het wel zo makkelijk om gewoon de Engelse benaming aan te houden.

Nee man dat is die bouwmarkt

Ik had eigenlijk niet verwacht om dit in mijn leven mee te maken. Het is maar een kleine stap, maar ik had het als nog niet verwacht. Dit is echt heel interessant.

En dit bewijst maar weer dat we nog lang niet aan de piek van onze technologie zitten qua rekenkracht. Ik hoop nog een dergelijke technologische ontwikkeling mee te maken in mijn leven.

Ik had eigenlijk niet verwacht om dit in mijn leven mee te maken.

Ik mag toch hopen dat we dit leven nog wat meer gaan meemaken. Zo niet gaan we over een tiental jaar serieuze problemen krijgen, omdat onze computer systemen niet krachtiger worden.