Quantenbits nutzen

Die Errungenschaft kann dort nicht mithalten mit Samuel Morses Übertragung von What hash God Wought von Washington, DC im Jahr 1844 nach Baltimore oder mit Alexander Graham Bells Stimme Watson, die hierher intoniert. Ich möchte, dass Sie 1876 von einem Raum zum anderen gehen. Dennoch könnten Wissenschaftler den Tag im Jahr 2001 als Meilenstein bezeichnen, als Isaac Chuang und seine Kollegen bei IBM feststellten, dass die beiden Primfaktoren der Zahl 15 drei und fünf sind.

Bemerkenswert an ihrer Berechnung war natürlich nicht die Gymnasial-Arithmetik, sondern die Berechnung von sieben Atomkernen in einem eigens entwickelten Fluorkohlenstoff-Molekül. Die Ironie, dass ein so komplexes und heikles Experiment zu einem so banalen und banalen Ergebnis führen würde, ist Chuang, einem der weltweit bekanntesten Forscher im Bereich Quantencomputer, nicht entgangen. Meine Fraktion, sagt er schmunzelnd, hält den Weltrekord für den größten und nutzlosesten Quantencomputer.

Mais, der sich selbst klont

Diese Geschichte war Teil unserer März-Ausgabe 2003



  • Siehe den Rest der Ausgabe
  • Abonnieren

Aber Chuang, jetzt außerordentlicher Professor am MIT Media Lab, könnte ein Übermaß an Demut an den Tag legen. Quantencomputer existieren heute nur noch in schmerzlich kleinem Maßstab. Aber trotz eines langsamen Starts scheint das Feld kurz davor zu stehen, echte Fortschritte in der Quantentheorie und -technik zu erzielen. Forscher haben die ersten Designs für große Quantencomputer vorgeschlagen, Geräte, die die bizarren Eigenschaften von subatomaren Teilchen nutzen, die bei extrem geringer Größe und hoher Geschwindigkeit existieren, um Probleme zu lösen, die selbst die leistungsstärksten herkömmlichen Computergeräte durcheinanderbringen.

Ein vielversprechender technischer Ansatz verwendet eine Klasse von Geräten, die einzelne Elektronen in einem elektromagnetischen Feld einfangen können. Es kann beobachtet werden, dass ihr Spin oder ihre Orientierung in einem Magnetfeld ein Quantenbit oder Qubit erzeugt. Ein anderer vielversprechender Ansatz verwendet kernmagnetische Resonanz, die Sammlungen oder Ensembles von Molekülen manipulieren kann, um Berechnungen durchzuführen und Ergebnisse in messbarer Form zurückzugeben. Dies ist die Technik, die Chuang und Neil Gershenfeld, ein Mitprofessor am MIT Media Lab, erforschen. Die Leute kommen mit all diesen Werkzeugen, die die Herstellung eines Quantencomputers vereinfachen werden, sagt Jonathan Dowling, leitender Wissenschaftler und Leiter der Gruppe für Quantencomputing-Technologien am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien.

Diese Forschung deutet auch auf kurzfristige Spin-offs hin, einschließlich Verbesserungen bei der elektronischen Steuerung von Navigations-, Kommunikations- und Messgeräten. Ich denke unter anderem daran, wie man mithilfe von Quantencomputern bessere Geräte erstellen kann, sagt Dowling. Zu seinen Projekten gehört ein Quantengyroskop, das das Quantenverhalten von Photonen ausnutzen würde, um diese wichtigen Navigationsgeräte empfindlicher zu machen. Die Begeisterung hat sich sogar auf die Gemeinschaft der künstlichen Intelligenz ausgeweitet: Es gibt Anzeichen dafür, dass die Fähigkeit von Quantenalgorithmen, mehrere Möglichkeiten gleichzeitig zu untersuchen, beim Mining großer Datenbanken helfen könnte, einem der wichtigsten praktischen Ziele des Felds. Wenn die geografischen Positionierungssysteme, Mobiltelefone, Suchmaschinen und integrierten Schaltkreise der Zukunft weitaus präziser oder zuverlässiger sind als die heutigen, könnte dies das Ergebnis bahnbrechender Quantencomputer-Anstrengungen sein, die derzeit in Labors auf der ganzen Welt laufen.

Die Elektronikindustrie hat das natürlich mitbekommen. IBM sponsert die Quantencomputing-Forschung in seinem Almaden Research Center am Rande des Silicon Valley, wo Chuang seine ersten Arbeiten durchführte, sowie in seinem Flaggschiff Thomas J. Watson Research Center in Yorktown Heights, NY. Hewlett-Packard unterstützt die Quantencomputing-Forschung in seinen Labors in Palo Alto, CA, und Bristol, England. Und die Halbleiterindustrie, die mit den Fortschritten in der Elektronik der klassischen Computer erwachsen geworden ist, behält die Entwicklungen auf diesem Gebiet genau im Auge, um besser auf die Ära nach dem Moore'schen Gesetz vorbereitet zu sein, wenn die Miniaturisierung klassischer elektronischer Schaltungen stößt an körperliche Grenzen. Experten sagen voraus, dass dies irgendwann innerhalb der nächsten zwei Jahrzehnte passieren wird.

Der Fortschritt war langsam, aber stetig, sagt David P. DiVincenzo vom Watson-Labor von IBM. Vor zwei oder drei Jahren wurden einige bedeutende Anstrengungen unternommen, die sich auszuzahlen beginnen.

Boeing Starliner gegen Spacex-Drachen

Mehrere Realitäten

Was auch immer der technologische Ansatz ist, das Ziel des Quantencomputings besteht darin, sich die Qualität der Quantenmechanik zunutze zu machen, die Designer klassischer Computer mächtig zu vermeiden versuchen: ihre pure Verrücktheit.

Die Logikschaltungen herkömmlicher Computer zum Beispiel erkennen diskrete Unterschiede in der Spannung, die durch elektronische Gatter fließt: Eine hohe Spannung zeigt eine binäre Eins an und eine niedrige Spannung zeigt eine Null an. Binäre Information kann auch durch den Spin eines Elektrons oder die Polarität eines Photons dargestellt werden. Da diese Teilchen jedoch im Quantenbereich existieren, der durch infinitesimal kurze Entfernungen, nahezu Lichtgeschwindigkeit und extrem niedrige Energieniveaus gekennzeichnet ist, können ihre Zustände nicht immer als strikt eins oder null unterschieden werden. Elektronen und Photonen können sich eher wie Wellen denn als Teilchen verhalten, scheinen mehrere Orte gleichzeitig einzunehmen und gleichzeitig inkompatible Zustände einzunehmen: Der Spin eines Elektrons zum Beispiel kann sowohl nach oben als auch nach unten gerichtet sein, eine Bedingung, die die Quantenmechanik Superposition nennt. Rechnerisch kann das Qubit gleichzeitig eins und null sein.

Das zweite für das Quantencomputing wichtige Phänomen ist die Verschränkung, bei der zwei oder mehr Teilchen mit voneinander abhängigen Eigenschaften entstehen: wenn beispielsweise ein einzelnes Photon durch einen optischen Strahlteiler in zwei komplementäre Teilchen umgewandelt wird. Die Messung der Eigenschaften eines Teilchens bestimmt sofort den Zustand des anderen, auch wenn die beiden im Moment der Messung durch galaktische Distanzen voneinander getrennt sind. (Einstein verspottete dieses Phänomen bekanntlich als gruselige Fernwirkung.)

Es wurde lange geglaubt, dass diese Phänomene verwendet werden könnten, um Rechenprobleme zu lösen, die über die Reichweite herkömmlicher Technologien hinausgehen. Ein einzelnes Quantenbit, das gleichzeitig in zwei Zuständen sein kann, kann die Aufgabe von zwei klassischen parallel arbeitenden Bits erfüllen. (Erst wenn das Teilchen gemessen oder beobachtet wird, lösen sich alle Möglichkeiten in eine einzige, klassische Realität auf.) Zwei verschränkte Qubits können mittlerweile vier Inputs gleichzeitig auswerten. Anders ausgedrückt, ein herkömmliches Speicherregister mit acht Bits kann nur eines von möglichen 28 oder 256 digitalen Wörtern speichern, aber ein Quantenregister mit acht Qubits kann alle 256 Wörter gleichzeitig darstellen und mit ihnen berechnen.

Solche allgemeinen Vorstellungen wurden unter anderem bereits in den 1980er Jahren von Richard Feynman formuliert. Jahrelang hatte jedoch niemand eine klare Vorstellung davon, wie sie auf reale Probleme angewendet werden könnten. 1994 beschrieb der Mathematiker Peter W. Shor von AT&T Bell Labs einen Algorithmus oder ein Programm, das bewies, dass ein Quantencomputer große Zahlen exponentiell schneller faktorisieren kann als jede bekannte konventionelle Methode.

Shors Entdeckung war wichtig, weil Factoring genau das Problem ist, das herkömmliche Computer überfordert: Wenn eine Zahl größer wird, wachsen die Ressourcen, die für das Factoring erforderlich sind, schnell. Die Zahl sechs zu faktorisieren ist trivial, aber Experten schätzen, dass alle Supercomputer der Welt länger brauchen würden als das Alter des bekannten Universums, um die Faktoren einer Zahl mit 300 Stellen zu finden.

Darüber hinaus ist Factoring ein mathematisches Problem mit realen Anwendungen. Die Widerspenstigkeit des Factoring großer Zahlen ist der Kern der modernen Kryptographie, die darauf beruht, unzerbrechliche Schlüssel zu erstellen. Shors Algorithmus stellte sowohl einen Dolch im Herzen unzerbrechlicher Codes alten Stils als auch einen Wegweiser dar, der auf eine neue Klasse wirklich unzerbrechlicher Codes hinweist. Tatsächlich sagen viele Experten für Quantencomputer voraus, dass die Quantenkryptographie die erste kommerzielle Anwendung sein wird, die aus der noch jungen Wissenschaft hervorgeht, und es wurden bereits mindestens drei Unternehmen gegründet, um sichere Kommunikationssysteme auf der Grundlage von Quantenfaktor zu vermarkten ( sehen Quantenkryptographie , TR Februar 2003 ).

Jenseits sicherer Codes

Gleichzeitig provozierte die Arbeit von shor ein starkes Interesse an anderen möglichen Anwendungen des Quantencomputings. Nach dem ersten Ergebnis von Shor, sagt der Informatiker Wim van Dam von HP Labs, waren alle sehr optimistisch, dass wir viele, viele Algorithmen finden würden, für die Quantencomputing nützlich wäre. Aber während des größten Teils der 1990er Jahre blieben solche Killer-Apps schwer fassbar. Eine Zeitlang befürchteten Wissenschaftler, dass das Factoring-Problem der einzige Gewinn des Quantencomputings sein würde.

In den letzten zwei Jahren hat jedoch ein verbessertes Verständnis der Funktionsweise von Qubits eine neue Suche nach Problemen angeregt, für deren Lösung Qubits besonders gut geeignet sind. Edward Farhi vom Center for Theoretical Physics am MIT gehört zu denen, die diese Arbeit unternommen haben. Der ganze Fokus unseres Interesses, sagt Farhi, ist, wenn Sie einen perfekt funktionierenden Quantencomputer hätten, was würden Sie damit machen?

Farhi und seine Kollegen haben eine Reihe allgemeiner, wenn auch abstrakter Berechnungen identifiziert, die Quantencomputer viel schneller ausführen können als klassische Computer. Eines ist ein Navigationsproblem, bei dem sich ein Reisender ohne Karte oder Reiseführer über zufällige Pfade, die von einer gegebenen Anzahl von Zwischenstationen abzweigen, vom Startpunkt zum Zielort bewegt. Niemand überraschte, dass Farhis Team zeigte, dass unter solchen Bedingungen die Zeit, die ein klassischer Computer benötigt, um einen Weg von einem Punkt zu finden ZU darauf hinweisen B expandiert exponentiell mit der Anzahl der Verzweigungspunkte zwischen ZU und B steigt. Ein Quantencomputer hingegen würde alle möglichen Wege auf einmal zurücklegen und sich in einem Zeitrahmen, der sich nur rechnerisch mit der Komplexität des Labyrinths erweitert, zuverlässig seinen Weg durch das Labyrinth finden.

Technologien der vierten industriellen Revolution

Ich bin irgendwie zufrieden mit diesem Ding, auch wenn es ein bisschen künstlich ist, sagt Farhi. Was Farhis Problem von dem berühmten Handelsreisendenproblem und anderen logistischen Rätseln unterscheidet, ist, dass der Reisende keine Karte hat und daher nur begrenzte Kenntnisse über den Weg hat. Aber in der realen Welt hat ein Reisender wahrscheinlich eine Karte mit allen möglichen Wegen, und die Herausforderung besteht darin, die effizienteste Route zu finden. Alles, was ein Quantencomputer tut, ist, alle Pfade auf einmal zu durchqueren, um schnell am Ziel anzukommen – aber er erzeugt keine bestimmte Route. Es ist also noch nicht klar, ob Farhis Arbeit auf eine praktische Anwendung hinweist. Dies ist ein Sprungbrett für ein besseres Beispiel, sagt Farhi hoffnungsvoll. Ich denke, man könnte sagen, wir suchen nach realen Beispielen.

Eine wahrscheinlichere Verwendung von Quantencomputern könnte bei Datenbanksuchen sein. 1996 entwickelte Lov Grover, ein Physiker in den Bell Labs von Lucent Technologies, einen Algorithmus, der zeigte, wie Quantencomputing Suchen enorm beschleunigen kann: Ein klassischer Computer, der ein Telefonbuch mit beispielsweise einer Million Einträge durchsucht, würde durchschnittlich etwa fünfhunderttausend versucht, eine einzelne angegebene Telefonnummer zu finden. Ein Quantencomputer bräuchte nur tausend Versuche.

Der Punkt ist, sagt Farhi, dass Quantenbeschleunigung nicht universell ist. Probleme zu finden, für die es vorteilhaft ist, ist also eine Kunst.

Qubit-Trapper

Während farhi und seine Kollegen herausfinden, was mit einem Quantencomputer gemacht werden kann, arbeiten andere hart daran, die Hardware selbst zu entwickeln.

DiVincenzo von IBM sagt, dass ein praktischer Quantencomputer fünf grundlegende Fähigkeiten haben muss: Er muss Qubits-Teilchen oder Gruppen von Teilchen bereitstellen, die isoliert und in Überlagerung gebracht werden können, den unbestimmten Zustand, in dem sie sowohl Einsen als auch Nullen darstellen. Es muss für Operatoren möglich sein, die Anfangszustände der Qubits zu kontrollieren, analog zum Setzen aller zu Beginn einer Berechnung auf Null. Die Qubits müssen lange genug in Überlagerung stabil bleiben, um eine Operation auszuführen – von Millisekunden bis zu mehreren Sekunden. Es muss möglich sein, quantenlogische Schaltungen zu implementieren, die solchen Booleschen Operatoren entsprechen wie und , oder , und nicht , die die Grundlage der traditionellen Computerarchitektur bilden. In klassischen Computern sind diese Ausdrücke in elektrischen Schaltkreisen verkörpert. Das einfachste Logikgatter, das Notgatter, wandelt eine eingehende digitale Eins in eine Null um und umgekehrt. Um Qubits zu manipulieren, müssen Quantenschaltkreise Techniken wie die extrem präzise Steuerung von Magnetfeldern oder Laserpulsen anwenden.

Die letzte Anforderung an einen Quantencomputer besteht darin, dass er dem Benutzer die Ergebnisse einer Berechnung zugänglich macht, beispielsweise durch eine visuelle Anzeige.

Die meisten Quantencomputing-Experimente laufen auf Bemühungen hinaus, die eine oder mehrere der Anforderungen von DiVincenzo erfüllen. Es gebe wahrscheinlich ein halbes Dutzend ernsthafter Vorschläge und zehnmal mehr als nicht ernsthafte Vorschläge, sagt Bruce Kane, der sich an der University of Maryland auf die Wissenschaft von Einzelelektronengeräten spezialisiert hat.

Chuang und Gershenfeld zum Beispiel nutzten die Kernspinresonanz, um den Spin von Qubits in Schüttgütern zu messen – einem Fläschchen mit einer Milliarde Milliarden Molekülen, maßgeschneidert aus Fluor, Kohlenstoff, Eisen, Wasserstoff und Sauerstoff. Die Spins der Kerne der fünf Fluor- und zwei Kohlenstoffatome in jedem Molekül fungierten als wechselwirkende Qubits, um Shors Algorithmus auszuführen. Obwohl die Leistung von Chuang und Gershenfeld bei der Kontrolle und Messung der Spins von sieben Qubits weithin gelobt wurde, glauben viele auf diesem Gebiet, dass eine Skalierung dieses Ansatzes äußerst schwierig sein wird. Die Einschränkung besteht darin, dass jedes Mal, wenn Sie Qubits hinzufügen, das Signal-zu-Rausch-Verhältnis abnimmt, sagt Kane und bezieht sich auf die Menge an nützlichen Informationen – wie den Überschuss an Teilchen mit einem Spin gegenüber Teilchen mit einem anderen Spin – die von zufälligen unterschieden werden können Störungen in der Fluorkohlenstoffmasse.

Karten von Rio de Janeiro

Chuang selbst räumt ein, dass sein Sieben-Bit-Quantencomputer weit hinter dem Maßstab zurückbleibt, der für sinnvolle Berechnungen benötigt wird. Um es praktisch zu machen, müssen wir Tausende, wenn nicht Hunderttausende von Qubits erreichen, sagt er. Ein konkurrierender Ansatz, der nanoskalige Engineering-Techniken zum Bau von Qubit-Containern verwendet, fügt er hinzu, könnte einfacher zu skalieren sein.

David J. Wineland und sein Team untersuchen diese Alternative an der Time and Frequency Division des U.S. National Institute of Standards and Technology in Boulder, CO. Sie bauen Miniaturgeräte mit Elektroden, die Ionen in Fallen aus elektrischen Feldern isolieren. Der Vorteil dieses Ansatzes besteht laut Wineland darin, dass Ionenfallen relativ einfach herzustellen sind, miteinander verbunden werden können und mehr als ein Ion pro Falle aufnehmen können. Wineland schlägt vor, dass eine Reihe von Ionen, die in einer einzigen Falle eingeschlossen sind, als eine Art Quantenspeicher fungieren könnte und jedes zusätzliche Qubit die Speicherkapazität exponentiell erweitern würde. Die Gruppe um Wineland hat solche Qubits bereits dazu gebracht, bis zu 10 Minuten in einem Zustand der Überlagerung zu bleiben. Eine aktuelle Schwäche dieses Schemas besteht jedoch darin, dass es schwierig ist, Quanteninformationen zwischen Ionen zu übertragen, die in separaten Fallen gehalten werden, eine Notwendigkeit für groß angelegte Berechnungen.

Quanten-Spinoffs

Klimaanlage Klimawandel

Qubits zu schaffen, die interagieren und lange genug in Überlagerung bleiben, um sich selbst nützlich zu machen, wird Quantencomputing-Forscher in den kommenden Jahren beschäftigen. Dennoch zeichnen sich praktische Vorteile ab, da Wissenschaftler die Phänomene des Quantencomputings in verwandten Bereichen nutzen.

Am NIST, dessen institutionelle Mission es ist, Standards für die Zeitmessung zu setzen, ging Winelands Interesse an Quantenberechnungen sogar noch vor Shors Algorithmus. Wir begannen darüber nachzudenken, wie die Quantenverschränkung genutzt werden könnte, um das Signal-Rausch-Verhältnis in Atomuhren zu verbessern, erklärt er. Wir wussten, dass es einen Quantenverschränkungszustand gibt, der die Uhr verbessern könnte, und die Ideen der Quantenberechnung zeigten, wie man sie herstellen kann. Grob gesagt funktionieren die heutigen Atomuhren, indem sie den Durchschnitt der gleichzeitigen Ablesungen der oszillierenden Magnetfelder von mehr als einer Million Cäsiumatomen bilden; Die Quantenverschränkung könnte die zur Berechnung dieses Mittelwerts erforderliche Zeit verkürzen und die Präzision erhöhen, indem viele Messungen gleichzeitig durchgeführt werden können.

Dowling des Jet Propulsion Laboratory fügt hinzu, dass die Quantenverschränkung eine bessere Möglichkeit bieten könnte, erdgebundene Uhren mit denen im Weltraum zu synchronisieren. Gegenwärtig wird die Boden- und Weltraumsynchronisation, die am häufigsten über Funk durchgeführt wird, durch atmosphärische Brechung und andere Effekte, wenn auch nur geringfügig, außer Kraft gesetzt. Da verschränkte Photonen auf Quantenebene verknüpft sind, sind sie gegen diese physikalischen Störungen immun. Es wäre eine wirklich große Sache, diese [Effekte] auszuschalten, sagt Dowling. Er schlägt vor, verschränkte Partikel an die zu synchronisierenden Stellen zu senden. Die Messung eines Teilchens würde das andere augenblicklich zum Ticken bringen, sagt Dowling. Nachdem sie ihre Uhren auf die tickenden Teilchen kalibriert hatten, wussten die Bediener, dass die Uhren übereinstimmten.

Damit niemand denkt, dass die Verfeinerungen der Zeitmessung im Quantenmaßstab nur von akademischem Interesse sind, sei darauf hingewiesen, dass die atomare Zeitmessung die Grundlage von geographischen Ortungssystemen, Satellitenverfolgungstechnologien und Mobilfunknetzen ist, die sekundengenau synchronisiert werden. Die Geschichte hat für immer gezeigt, dass immer, wenn es eine bessere Uhr gibt, diese verwendet wird, sagt Wineland. Es ist eine gute Wette, dass der Trend anhält.

Wissenschaftler in der Industrie suchen derweil nach Möglichkeiten, das Quantencomputing zu beschleunigen, indem sie es mit konventionellen Technologien verknüpfen, in denen sie mehr Erfahrung haben. Letztes Jahr hat Hewlett-Packard mit Gershenfeld und Chuang eine Arbeitsallianz in Höhe von 2,5 Millionen US-Dollar geschlossen, um, wie Philip Kuekes, leitender Wissenschaftler von HP Labs, sagt, unser jeweiliges Fachwissen zu bündeln. HP ist zum Beispiel fasziniert von der Möglichkeit, Quantenbits über gewöhnliche Glasfaserleitungen zu übertragen, von denen Tausende von Kilometern im ganzen Land installiert, aber nicht ausgelastet sind. Das ist eigentlich ganz interessant, sagt Kuekes. Die Fernübertragung von Quanteninformationen, verstärkt durch die Eigenschaften der Quantenverschränkung, würde es Korrespondenten ermöglichen, Codeschlüssel auszutauschen, ohne befürchten zu müssen, dass sie kompromittiert werden. Das heißt, er fügt hinzu, dass eines der Dinge, die ziemlich früh passieren könnten, die Quantenkryptographie ist.

Obwohl Qubits, wie die Forschung gezeigt hat, über Glasfaserleitungen übertragen werden können, funktionieren die Übertragungen nicht länger als Dutzende von Kilometern am Stück. Das Senden von Qubits über Kontinente oder Ozeane, sagt Kuekes, würde ein System von Quantenschaltern und Repeatern erfordern, analog zu den Festkörperversionen, die dabei helfen, Daten durch das Internet zu übertragen. Diese würden auf einfache Quantencomputer hinauslaufen, die mit einer fehlerkorrigierenden Software ausgestattet sind, die den unvermeidlichen Verlust der Überlagerung zwischen vielen der reisenden Qubits kompensieren könnte. Die Entwicklung dieser Software ist einer der Schwerpunkte der Forschung von HP Labs.

In einem wissenschaftlichen Beispiel dafür, dass das Kind Vater des Mannes ist, hat die angewandte Forschung sogar in der Mutterwissenschaft der Quantenmechanik einige Nebeneffekte abgeworfen. Es stellt sich heraus, dass die Werkzeuge zur Perfektionierung des Quantencomputings auch dazu beitragen, das Teilchenverhalten zu demonstrieren, das Physiker bisher nur theoretisch postuliert haben.

Es gibt einen schönen Rückfluss in die andere Richtung, sagt John Preskill, Professor für theoretische Physik am Caltech. Das Interesse am Quantencomputing hat viele interessante Wissenschaften inspiriert. Wir sind noch weit von einem Crash-Programm in den Ingenieurwissenschaften entfernt, aber wir treten in eine neue Ära in der Physik der kondensierten Materie ein.

Dies ist weitgehend auf die Anforderung des Quantencomputings zurückzuführen, dass Qubits mit beispielloser Präzision gesteuert und gemessen werden müssen. Die Tradition in der Physik der kondensierten Materie besteht darin, Experimente an Ensembles durchzuführen, das heißt an riesigen Mengen von Atomen, deren Quantenverhalten statistisch identifiziert werden kann, sagt Preskill. Normalerweise misst man das Verhalten einzelner Elektronen nicht.

Insbesondere die Experimente von Wineland am NIST, sagt Preskill, haben Physikern einen beispiellosen Einblick in das Verhalten einzelner Teilchen gegeben. Die Zerlegung von Qubits in klassische Einsen oder Nullen beispielsweise ist ein Phänomen, auf das Wissenschaftler in der Vergangenheit nur aus der Beobachtung ganzer Elektronen- oder Photonenwolken schließen konnten. Das durchschnittliche Signal der Wolken würde anzeigen, ob einige Teilchen ihren Quantenzustand geändert haben, aber man würde das einzelne Teilchenverhalten nicht wirklich sehen, sagt Preskill. Es ist wirklich eine neue Art von Experiment.

Preskill weist wie andere auf diesem Gebiet darauf hin, dass viele Fragen beantwortet und kritische Probleme gelöst werden müssen, bevor Quantencomputer über seine aktuellen elementaren Anwendungen hinauswachsen können. Ob dieser Bereich in 10 Jahren noch so spannend aussehen wird, kann ich nicht sagen, gibt er zu. Aber im Moment fühlt sich das Feld frisch und neu an. Noch einmal.

verbergen

Tatsächliche Technologien

Kategorie

Unkategorisiert

Technologie

Biotechnologie

Technologierichtlinie

Klimawandel

Mensch Und Technik

Silicon Valley

Computer

Mit News Magazine

Künstliche Intelligenz

Platz

Intelligente Städte

Blockchain

Reportage

Alumni-Profil

Alumni-Verbindung

Mit News Feature

1865

Meine Sicht

77 Mass Avenue

Treffen Sie Den Autor

Profile In Großzügigkeit

Auf Dem Campus Gesehen

Lerne Den Autor Kennen

Alumni-Briefe

Nicht Kategorisiert

77 Massenallee

Rechnen

Tech-Richtlinie

Lernen Sie Den Autor Kennen

Nachrichten

Wahl 2020

Mit Index

Unter Der Kuppel

Feuerwehrschlauch

Unendliche Geschichten

Pandemie-Technologieprojekt

Vom Präsidenten

Titelstory

Fotogallerie

Empfohlen