Innsbrucks kvantdator lagrar information i individuella fångade kalciumatomer, som var och en har åtta tillstånd, av vilka forskarna har använt upp till sju för beräkning. Kredit:Uni Innsbruck/Harald Ritsch
Vi lär oss alla från tidigt att datorer arbetar med nollor och ettor, även känd som binär information. Detta tillvägagångssätt har varit så framgångsrikt att datorer nu driver allt från kaffemaskiner till självkörande bilar och det är svårt att föreställa sig ett liv utan dem.
Byggande på denna framgång är dagens kvantdatorer också designade med binär informationsbehandling i åtanke. "Kvantdatorernas byggstenar är dock mer än bara nollor och ettor", förklarar Martin Ringbauer, en experimentell fysiker från Innsbruck, Österrike. "Att begränsa dem till binära system förhindrar dessa enheter från att leva upp till sin verkliga potential."
Teamet under ledning av Thomas Monz vid institutionen för experimentell fysik vid universitetet i Innsbruck, lyckades nu utveckla en kvantdator som kan utföra godtyckliga beräkningar med så kallade kvantsiffror (qubits), och därigenom låsa upp mer beräkningskraft med färre kvantpartiklar. Deras studie publiceras i Nature Physics .
Kvantsystem är olika
Även om att lagra information i nollor och ettor inte är det mest effektiva sättet att göra beräkningar, är det det enklaste sättet. Enkel betyder ofta också pålitlig och robust, så binär information har blivit den oomtvistade standarden för klassiska datorer.
I kvantvärlden är situationen en helt annan. I Innsbrucks kvantdator, till exempel, lagras information i enskilda fångade kalciumatomer. Var och en av dessa atomer har naturligt åtta olika tillstånd, av vilka vanligtvis endast två används för att lagra information. Faktum är att nästan alla befintliga kvantdatorer har tillgång till fler kvanttillstånd än de använder för beräkning.
Kvantfysikern Martin Ringbauer i sitt labb. Kredit:Uni Innsbruck
Ett naturligt tillvägagångssätt för hårdvara och mjukvara
Fysikerna från Innsbruck har nu utvecklat en kvantdator som kan utnyttja den fulla potentialen hos dessa atomer, genom att beräkna med qubits. I motsats till det klassiska fallet gör inte datorn mindre pålitlig att använda fler tillstånd. "Kvantsystem har naturligtvis mer än bara två tillstånd och vi visade att vi kan kontrollera dem alla lika bra", säger Thomas Monz.
Å andra sidan är många av de uppgifter som behöver kvantdatorer, som problem inom fysik, kemi eller materialvetenskap, också naturligt uttryckta i qudit-språket. Att skriva om dem för qubits kan ofta göra dem för komplicerade för dagens kvantdatorer. "Att arbeta med fler än nollor och ettor är väldigt naturligt, inte bara för kvantdatorn utan också för dess tillämpningar, vilket gör att vi kan låsa upp kvantsystemens verkliga potential", förklarar Martin Ringbauer. + Utforska vidare
