Onderzoekers verbeteren levensduur qubits

Onderzoekers van de Yale-universiteit hebben een methode ontwikkeld die hen in staat stelt qubits uit te lezen zonder de waarde van die qubits te beïnvloeden. Qubits zijn de informatiedragers in quantumcomputers en zijn zeer gevoelig voor externe invloeden.

Twee van de problemen bij het werken met qubits zijn het uitlezen van de quantumtoestand zonder deze te veranderen en het stabiliseren van de qubits. De levensduur is vaak slechts zeer kort: externe invloeden degraderen de integriteit van de data. Die eigenschappen maken het uitlezen van een qubit, het quantumcomputer-equivalent van een computerbit, lastig. Zodra de waarde van een qubit verandert, kan niet verder gerekend worden. Onderzoekers van de Yale-universiteit hebben echter een methode ontwikkeld om de veranderingen die door metingen en externe invloeden ontstaan te compenseren en zo de waarde van de qubit intact te houden.

De methode van de onderzoekers is gebaseerd op foutcorrectie: door continu de qubits te meten, kunnen de onderzoekers afwijkingen detecteren. Wanneer de oorzaak van de fouten bekend is, kunnen die door middel van een feedback-systeem gecorrigeerd worden. De qubits bestaan daarbij uit een circuit met een zogeheten Josephson junction, een supergeleidende qubit, en worden digitaal uitgelezen middels resonantie door capacitieve koppeling. Momenteel is het lezen van qubits nog beperkt tot slechts één qubit tegelijk, maar het team werkt aan het simultaan uitlezen van vele qubits.

Reacties (26)

[mad_max234]

Qubits zijn dus eigenlijk niks meer dan heel stel condensators simpel gezegd?

http://qulab.eng.yale.edu...-APS_Tutorial_090316s.pdf

Op het plaatje lijkt het het op meerder condensators. In gevoelige oscilloscopes die op zeer hoge snelheid werken zie je ook van dit soort achtige circuits, word dan gebruikt om te filteren, maar slaat ook even het signaal op voor zeer korte tijd, want veel capaciteit hebben ze niet op deze schaal.

Vraag me af wat voor effect het heeft als je zoiets in groot etst op printje, leuk project voor het weekend.

[micsimoen]

Dit is misschien iets te kort door de bocht! Dit type van qubits zijn eigenlijk niets meer dan een anharmonische elektrische resonator (een niet-lineair LC-circuit). De de non-lineariteit hier komt doordat de Josephson juncties (geplaatst in een ring) in het circuit een niet-lineaire inductieve respons hebben in functie van het magneetveld dat door de ring loopt.

Die anharmoniciteit heb je nodig om 1 energie transitie in de resonator te kunnen isoleren van de rest. Die 2 energie niveau's noem je dan 0 en 1. Anders zou je als je 1 transitie adresseert ook direct alle andere transities aanspreken.

De circuits hier worden afgekoeld tot maximaal enkele 10-tallen mK (vaak <20mK). Dit is niet enkel nodig om het geheel supergeleidend te maken (enkele graden K zou dan al volstaan want er wordt vaak Al of Nb gebruikt), maar ook omdat de omgevingstemperatuur significant lager moet zijn dan de energie die nodig is voor zo'n transitie (de frequentie van de qubit). Deze circuits werken meestal op ~10GHz, wat dan overeenkomt met enkele 100en mK. De qubit zou anders van "state" kunnen veranderen door energie op te nemen uit de omgeving.

Dit alles legt ook meteen uit waarom men bij qubits waarbij bv. een atoomtransitie, of fotonen gebruikt worden, men wel kan werken op kamertemperatuur. Die optische transities zijn namelijk veel hoger in energie dan de omgevingstemperatuur.

Dat het geheel supergeleidend is is ook belangrijk op zich omdat alle weerstand (en de ermee gepaard gaande dissipatie) de levensduur van de qubit vermindert. In een supergeleidend circuit is de weerstand uiteraard vele malen kleiner dan wanneer men normale metalen zou gebruiken.

Deze lage temperaturen (~10mK) zijn relatief eenvoudig te verkrijgen in labo's (lees: mits de benodigde gespecialiseerde apparatuur), maar liggen vooralsnog buiten het bereik van de gewone consument vanwege de hoge kost (zowel in aanschaf al in verbruik). Verder gebruiken we vaak relatief standaard microgolf apparatuur om de circuits uit te meten (type apparatuur die je ook zou terug vinden in een labo voor gsm apparatuur).

Off-topic: Wel leuk om nog eens iets op de frontpage van tweakers te zien dat zo dicht bij m'n eigen onderzoek hier in Zweden staat

[HEY_DUDE]

[qoute] Die anharmoniciteit heb je nodig om 1 energie transitie in de resonator te kunnen isoleren van de rest. Die 2 energie niveau's noem je dan 0 en 1. Anders zou je als je 1 transitie adresseert ook direct alle andere transities aanspreken. [/quote]

Deze twee energie niveau's bestaan dan in superpositie. Dat wil zeggen dat de qubit tegelijkertijd een 0 en een 1 kan zijn. Dit is het fundamentele verschil met klassieke computers waarin een bit een 0 of een 1 is.

[HesRuud]

Ik zou zeggen, schrijf een blog ;D. Voor velen hier is quantum computing te hoog gegrepen en zouden wel een in dept blog willen lezen. Wie beter dan iemand die er zelf onderzoek naar doet!

[Verwijderd]

Qubits zijn dus eigenlijk niks meer dan heel stel condensators simpel gezegd?

Een spoel en een condensator. Maar dan op zeer kleine schaal en bij extreem lage temperaturen. De materialen gaan zich dan op een heel andere manier gedragen dan je gewend bent van elektronica.

Vraag me af wat voor effect het heeft als je zoiets in groot etst op printje, leuk project voor het weekend.

Dan krijg je waarschijnlijk een huis-, tuin-, en keukencondensator (met een kleine capaciteit).

[Deadnet]

Het klinkt gek,maar ik vrees het moment dat de eerste Q-pc operationeel wordt,Gezien de infohonger van overheid ,cia ezovoort.
Vergeet Pgp en dergelijke,2048 bits versleuteling ?,t is binnen 1 minuut gekraakt.

[micsimoen]

Technisch gezien beginnen quantum computers misschien binnen bereik te komen (bijna alle puzzelstukken beginnen beschikbaar te komen), maar ik denk dat we dan eerst een computer type eniac gaan krijgen. Enorm groot en vooral onwaarschijnlijk duur!

De laatste "back-of-the-envelope"schatting die ik gehoord had was dat je ongeveer een 200 miljoen (!) qubits nodig had om enkele 100en logische qubits te implementeren (met een soort van error-correction). Als je dan weet dat het bovenstaande circuit een oppervlakte heeft van pakweg 1mm², en je moet dat allemaal afkoelen, dan kan je al gaan rekenen. Bovendien heb je ook nog een pak extra controle lijnen nodig per qubit, die allemaal ook warmte geleiden naar de chip. Er zijn trouwens eigenlijk maar een handvol algoritmes beschikbaar voor zo'n computer.

Als je het mij vraagt zullen we eerst zogenaamde quantum simulatoren zien als "nuttige"toepassing. Daarvoor zijn de vereisten al meteen een pak lager, wat ze ook een pak realistischer maakt.

[Fermion]

Eerst zien.

[Playa del C.]

Zover ik op internet kon vinden, wordt de Josephson junction supergeleidend gemaakt. Daarvoor heb je een erg lage temperatuur nodig en op grotere schaal (meerdere qubits), zou die extreme afkoeling veel energie kosten. Voor zover nu bekend kan een stof supergeleidend zijn vanaf 0 tot en met 130 Kelvin (-273 t/m -143 graden Celsius).
Ook het opstarten van een dergelijk systeem zou hierdoor worden beïnvloed, omdat het systeem dus eerst bepaalde delen supergeleidend moet maken.

Dit soort bijkomstigheden zorgen ervoor dat de ontwikkeling naar consumentengebruik nog veel hindernissen te nemen heeft. Blijft verder wel erg interessant, en wie weet hoe snel het kan gaan. Ik schat zelf dat er rond 2030 compleet werkende systemen op basis van qubits zijn, al is het maar een prototype.

[gebradenkip]

Wat bedoel je met "compleet werkende systemen"? Dat is nogal breed, ik zou zeggen dat die nu al bestaan.

[Playa del C.]

Toen ik het schreef, vond ik het zelf ook vaag en dat hoort ook zo, omdat ik ook niet weet hoe pc's er uitzien over 17 jaar. Ik bedoel met een werkend systeem: een pc, vergelijkbaar met wat wij nu een normale desktop pc vinden, maar dan het equivalent over 17 jaar...

[Xacky]

Ik twijfel er zwaar aan als we dan nog wel reguliere pc's hebben. Tegen die tijd zullen data-lijnen zo snel zijn dat vrijwel alles een Thin-client zal zijn.

[P_Tingen]

Waarom niet? 2030 is al over 17 jaar. Kijk voor de grap eens naar de pc's van 17 jaar geleden: waren de pc's in 1996 zoveel anders dan nu? Van binnen wel ja, maar van buiten? Mwoa. Niet veel verschil.

Even een paar zaken uit 1996, voor het geval je denkt dat het het stenen tijdperk is:

- Intel brengt de 200mhz P6 uit
- IPv6 wordt geintroduceerd
- Duke Nukem 3d en Windows NT4 worden uitgebracht
- Google wordt gestart
_bron

Dus 1996 mag als verre historie lijken, zover is het ook nog niet geleden. En waarom zou 2030 dan zoveel anders zijn?

[SteroiD]

Omdat vandaag de dag wel degelijk al zoveel anders is. Even gaan stellen dat een desktop PC nog steeds een kast is met een scherm naast, om dan te besluiten dat er "niet zoveel veranderd is", is kort door de bocht.
Die "200Mhz P6", of toch iets met vergelijkbare rekenkracht, zit nu in een klein kastje van een smartphone. Die heeft ook meer opslagcapaciteit, en beter internet (sneller, en draadloos).

Er is dus wel al veel veranderd, en we zijn van 56kbps naar megabit connecties gegaan. Dus stellen dat over nog eens 17 jaar de kans groot is dat er heel wat thin clients in omloop gaan zijn, is helemaal niet zo vreemd.

On topic: quantum computing is een leuk onderzoeksgebied, maar ik verwacht de eerste decennia niet veel op consumentenvlak. Dit zal nog wel een tijdje een strikt academische discipline blijven.

[DtenBrink]

Dit is een hele interessante ontwikkeling. Ik ben benieuwd waneer ze dit op grotere schaal kunnen produceren en of het profitable is. Ik ben benieuwd of ASML hierin ook zijn plaats kan vinden. Trouwens wel een beetje late berichtgeving, dat nieuwsartikel op de yale site is van vrijdag.

[analog_]

ASML zal deze technieken gebruiken nadat ze 'stabiel' genoeg zijn. Quantum computing is momenteel een academische aangelegenheid, ASML produceert machines voor massa productie dus hier zit nog wel zeker een decennium tussen gok ik.

[A Noniem]

Maak daar maar een paar decennia van vrees ik.

[BlaDeKke]

Maak daar maar een paar decennia van vrees ik.

Dit denk ik ook, wat ook een kwestie is, met al het gehack en gekraak van tegenwoordig. Als men de rekenkracht die men beweert te kunnen behalen met quantum computing werkelijk haalt...
Stel u voor dat jan modaal dit tot zijn beschikking heeft...

Alhoewel dat dit waarschijnlijk nooit tot in de living van de modale mens zal komen, aangezien men in de EU wetgeving begint te ontwikkelen voor het limiteren van memory bandwith op de grafische kaart. Ook al heeft dit weinig betrekking tot de werkelijke performance.

Het is hetzelfde verhaal als thepiratebay... blokkeren heeft geen zin, maar we hebben toch iets gedaan...
bron

[Reactie gewijzigd door BlaDeKke op 23 juli 2024 07:23]

[Phince]

Volgens mij gaat het in jou bron over de beperking die de EU wil opleggen i.v.m. het stroom verbruik van de PC onderdelen , en in dit artikel gaat het voornamelijk over het beperken van stroom verbruik van een videokaart. hier wordt aangegeven dat dit stroom verbruik benodigd is voor de bandbreedte.

Het legt dus niet de bandbreedte aan banden maar het stroom verbruik. leveranciers moeten dus opzoek naar efficiënte methodes om video-kaarten sneller te maken.

[SilentDecode]

Ik kan niet wachten op de eerste consumenten quantumcomputers

[Upke dupke]

Ik denk niet dat we zoiets ooit thuis gaan krijgen. Waarschijnlijk zal het meer iets in de cliud worden zoals nu al het geval is met vele baschikbare super computer toepassingen.

[joo5ty]

Door dit soort berichten krijg ik eigenlijk alleen maar meer het gevoel dat we nog 10+ jaar op een quantum computer moeten wachten...?

[Flarlarlar]

ga maar meer richting 25

[Prince]

Allemaal goed en wel dat iedereen een quantum computer wilt hebben op zijn eigen bureau, maar hebben we dat echt nodig? Ik vermoed dat er initieel -zoals eerder gezegd- een Thin client-achtige oplossing zal komen met de dure aparatuur in een datacenter.
Nu moet ik eerlijk toegeven dat me dat minder interesseert als tweaker... Wat me wel interesseert is als de eerste waarschijnlijk dure quantum computer beschikbaar is voor projecten.

Je kan deze quantum computer waarschijnlijk gebruiken om 'brute force' te zoeken naar oplossingen voor veel problemen die het bestaan van consumenten quantum computers verhinderen, maar ook voor oplossingen voor problemen waar we nu nog niet aan denken.
Ook de research in kankerbestrijding (en eigenlijk elk ander Boinc project) zal in een ongekende stroomversnelling komen.
Ik denk ook aan het ontwikkelen van nieuwe materialen, nieuwe 'gewone' processoren met deze materialen die mogelijk op Thz snelheden werken (meer dan snel genoeg voor de gewone mens).
Met deze materialen komt misschien ook een oplossing voor energieopslag, betere isolatie, betere zonnecellen,...

Ik weet dat ik mogelijk wat euh... euforisch positief klink , maar met die hoeveelheid aan rekenkracht lijkt het me bijna mogelijk dagelijks ongekende research innovaties te doen.

edit: schrijffouten... weer...

[Reactie gewijzigd door Prince op 23 juli 2024 07:23]

[Phince]

Maar is de qubit nu dood of levend of beide?
Als we dat weten kunnen we ook vast stellen wat er met die kat gebeurd is.