Topologische Qubits - 2 -

Mikroskopische Aufnahme der Schaltung eines topologischen Qubit. Damit es funktioniert, muss Teilchen, den nicht-abelschen Anyonen auf jeder der Mikrometer-weiten Zentralkammern platziert werden. (Mit freundlicher Genehmigung von Bob Willett)
"Aus der Sicht eines Theoretikers ist topologischen Quantencomputer der eleganteste Weg zur Erreichung robuster Quantencomputer", sagte John Preskill, Professor für theoretische Physik und Direktor des Instituts für Quanteninformation und Materie am California Institute of Technology. "Aber die Leute, die daran interessiert sind, topologische Sachen waren bekam Art von frustriert und beschlossen, es wäre furchtbar schwer sein -. Ausnahme Willett"
Ein großer, freundlicher Mann von 57, Willett arbeitet sieben Tage die Woche, auch an Feiertagen, in der düsteren Labyrinth von Bell Labs, verfolgt sein Ziel mit einer ungemein zielstrebige Hingabe. In den letzten Jahren hat er eine wachsende Zahl von Beweisen gesammelt, dass hochreine, ultrakalte, geben Anlass zu der seltsamen Teilchen, die so genannte "nicht-abelschen Anyonen", die für eine topologische erforderlich sind ultra-magnetisiert

Galliumarsenidkristallen Qubit. Die Qualität der Willetts Daten und Unterstützung von Theorie und numerische Berechnungen, führt bei vielen externen Experten zu glauben, die Auswirkungen er sieht echt sind. Und doch ist Willett Experiment so schwierig, dass keine anderen Labors haben es geschafft, sie zu replizieren, die Möglichkeit offengelassen, dass seine auffallende Beobachtungen von nicht-abelschen Anyonen sind bloße Artefakte seiner besonderen Einrichtung oder Technik. Dennoch Willett hat sich entschieden, drücken Sie auf, und vor kurzem Bau auf, was könnte der weltweit erste topologischen Qubits werden gestartet.
"Ich denke, es gibt eine hohe Chance auf Erfolg", sagte Chetan Nayak, der ist ein theoretischer Physiker bei Microsoft Research Station Q und der University of California, Santa Barbara und arbeitet mit Willett. "Wir haben so viele Dinge, wie wir denken konnte, und sehe nichts, dass ein Deal-Breaker ist gedacht."
Zurück in seinem Labor, wies Willett auf eine Nahaufnahme Foto einer elektronischen Schaltung auf der Wand über seinem Computer merken. "Das ist ein Qubit", sagte er mit einem Lächeln. Die Schaltung schlängelte sich um die Oberfläche des Galliumarsenid-Kristall, umlauf zwei Kammern, die, wenn alles gut geht, wird schließlich Gastgeber für ein Paar von nicht-abelschen Anyonen. "Es ist ein booger bekam hier, hier und hier", sagte er und tippte Mängel der Muster. "Aber wir haben alle Schritte, um dies jetzt zu machen."

Das Konzept eines Quantencomputers basiert auf der seltsame und einzigartige Fähigkeit der Einwohner der Quantenwelt - von Elektronen und Photonen, um nicht-abelschen Anyonen - zu viele Dinge auf einmal zu sein. Eine Elektronen, beispielsweise können beide gleichzeitig und entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen. Ein Photon in zwei Achsen polarisiert werden. Die Transistoren, die dienen als gewöhnliche Bit kann nur in einem von zwei Zuständen (bezeichnet 0 oder 1), aber Qubits aus Spinn Elektronen oder polarisierten Photonen sind Mischungen oder "Überlagerungen" von 0 und 1 gleichzeitig in beiden Staaten bestehenden. Und während die Kapazität einer normalen Computer wächst linear mit der Anzahl von Bits, wenn die Anzahl der Qubits zunimmt, werden die Überlagerungen verstrickt Jede Möglichkeit kombiniert mit jedem anderen, einen exponentiell ansteigenden Raum der Möglichkeiten für den Zustand des Quantencomputer als erstellen ein ganzes. Physiker haben Quantenalgorithmen, die auf diesem facettenreichen Netzwerk von Qubits in Rekordgeschwindigkeit für Prozesse inkl Datenbank-Suche, Code-breaking und High-Level-Physiksimulationen arbeiten würde entdeckt.
Das Problem mit verschränkten Überlagerungen von Spinn Elektronen polarisierten Photonen oder die meisten anderen Teilchen, die als Qubits dienen könnte, ist, dass sie enorm instabil sind. Ein Lichtpinsel mit der Umwelt zusammenbricht ein Qubit Lagerung, abrupt beendet einen Quantencomputer zwingt in einen bestimmten Zustand von 0 oder 1 Dieser Effekt, genannt "Dekohärenz". Um Dekohärenz, einen Quantencomputer verschränkter Elektronen gemacht zu kämpfen, zum Beispiel, erfordert jede Informationseinheit, um unter einem ausgeklügelten Netz von vielen Qubits geschickt angeordnet sind, um ein Umweltstörung eine aus, die zum Zusammenbruch von allen geteilt werden zu verhindern. "Das gibt Ihnen einen großen Overhead-Kosten", sagte Preskill. "Wenn du hundert logische Qubits wollen" - diejenigen, die in einer Berechnung einbezogen - "Sie Zehntausende von physikalischen Qubits müssten in den Computer."
Bisher haben die Wissenschaftler nur gelungen, kleine Felder von physikalischen Qubits, die verschränkten für weniger als eine Millisekunde zu bleiben und sind nicht dazu in der Lage interessante Berechnungen bauen. "Ich bin mir nicht sicher, ob die Leute eine logische Qubits noch behaupten", sagte John Martinis, Professor an der University of California, Santa Barbara, deren Gruppe berichtete im April die Schaffung eines Fünf-Qubit-Array aus einem Supraleiter. Martinis, sagte einige Fortschritte bei der Bekämpfung der Auswirkungen von Dekohärenz gemacht worden ", aber nicht unbedingt in einer Weise, wo Sie wissen möchten, wie man eine logische Qubits zu bauen."

http://www.wired.com/2014/05/quantum-computing-topological-qubit/