Ein Forscherteam des japanischen Instituts für Molekularwissenschaften hat nun einen großen Schritt im Quantencomputing gemacht und dies mithilfe eines Zwei-Qubit-Gatters ermöglicht. Ein Qubit ist das Quantenäquivalent eines Binärbits, einer grundlegenden Informationseinheit, die in der Informatik verwendet wird.
Dem Team gelang es erfolgreich, das weltweit schnellste Zwei-Qubit-Gate in nur 6,5 Nanosekunden auszuführen. Dabei mussten die Forscher einige mit dieser Technologie verbundene Einschränkungen überwinden. Es gibt jedoch einen Haken: Die von ihnen verwendete Methode könnte in einer weniger forschungsbasierten Umgebung schwierig zu replizieren sein.
Quanten-Computing ist immer noch etwas Neuland, aber es könnte das Tor zur Lösung von Problemen sein, die moderne Computer nicht bewältigen können. Es könnte potenziell auch die Aufgaben des Hochleistungsrechnens (HPC) enorm beschleunigen. Obwohl das Potenzial definitiv vorhanden ist und Technologiegiganten wie
IBM und Intel nutzen es, aber auch die Einschränkungen sind vorhanden, und deshalb erforschen Forschungsteams auf der ganzen Welt das Thema weiterhin.Verwandt
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Das Wissenschaftlerteam des Institute for Molecular Science unter der Leitung der Doktorandin Yeelai Chew, Assistentin Professor Sylvain de Léséleuc und Professor Kenji Ohmori führten die Forschung durch und veröffentlichten ihre Ergebnisse in Naturphotonik. Die Zwei-Qubit-Gate-Operation, die sie durchführen konnten, ist ein früher, aber wichtiger Schritt. Toms Hardware war eine der ersten Veröffentlichungen, die den Prozess detailliert beschreibt, nachdem der erste Artikel in Nature online erschien.
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Die Forscher nutzten Laser, um zwei Atom-Qubits drastisch abzukühlen.
Qubits sind das Quantenäquivalent der Bits, die wir alle aus dem Computeralltag kennen. Qubits haben jedoch einen Vorteil: Sie sind nicht auf einen Wert von eins oder null beschränkt. Stattdessen können sie beides darstellen Und null. Dies macht sie viel effizienter und ermöglicht es ihnen, komplexe Aufgaben in viel, viel kürzerer Zeit auszuführen. Leider lösen sich Qubits schnell auf, was bedeutet, dass sie keine genauen Ergebnisse mehr liefern.
Eine Zwei-Qubit-Gate-Operation erfordert eine Verschränkung der Qubits, und diese Verschränkung wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, die die Dekohärenz beschleunigen können. Das Problem der Dekohärenz kann auf zwei Arten gelöst werden: Die Operationen müssen viel schneller durchgeführt werden, bevor die Qubits dekohärenten, oder die Verschränkung muss länger dauern. Das Wissenschaftsteam wählte den ersten Ansatz, der darin bestand, die Dinge drastisch zu beschleunigen – und das gelang ihnen auch, wobei sie einen Weltrekord aufstellten.
Die Forscher nutzten Laser, um zwei Atom-Qubits aus dem Element Rubidium drastisch abzukühlen. Die Temperaturen näherten sich dem absoluten Nullpunkt und sanken auf −273,15 Grad Celsius. Diese Atome wurden dann mithilfe einer optischen Pinzette innerhalb eines Mikrometers voneinander fixiert. Dann nutzten sie einen Laser, um die Qubits in Intervallen von 10 Pikosekunden zu manipulieren. Eine Pikosekunde entspricht einem Billionstel einer Sekunde.
Durch die oben genannten Schritte konnten die Forscher erfolgreich ein Quantengatter in nur 6,5 Nanosekunden ausführen, was es zum weltweit schnellsten Zwei-Qubit-Gate-Vorgang macht. Der bisherige Rekord lag bei 15 Nanosekunden.
Dieser Sprung bedeutet zwar nicht, dass Quantencomputing plötzlich weit verbreitet sein wird, aber er bedeutet, dass Wissenschaftler große Fortschritte in diese Richtung machen. Leider kann es schwierig sein, diese Art von Technologie in einer HPC-Umgebung zu reproduzieren, wo sie am häufigsten eingesetzt wird.
Die Rubidium-Atom-Qubits, mit denen die Forscher dieses ultraschnelle Qubit-Gate ausführen, müssen nahe dem absoluten Nullpunkt abgekühlt werden, um funktionieren zu können. Dies kann in besonderen Fällen möglich sein, aber realistisch gesehen würden die meisten Organisationen eine andere Lösung wählen, bis dies einfacher zu verwalten ist. Andererseits ist die Forschung wichtig, auch wenn sich diese Technologie eines Tages nicht durchsetzen wird, da Wissenschaftler weiterhin versuchen herauszufinden, wo genau die Zukunft der Datenverarbeitung liegt.
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