- Das MIT entwickelt einen Wellenleiter, der eine berührungslose Kommunikation zwischen Quantenchips ermöglicht.
- Das System nutzt Mikrowellenphotonen und ferngesteuerte Quantenverschränkung
- Eine IA optimiert die Form des Photons, um seine Absorption zu verbessern und Fehler zu reduzieren
- Dieser Durchbruch erleichtert die Schaffung skalierbarer und fehlerresistenter Quantennetzwerke.
Ein kürzlicher Durchbruch am Massachusetts Institute of Technology (MIT) Es bietet eine Lösung für eine der größten Herausforderungen des Quantencomputings: die Verbindung mehrerer Prozessoren ohne die Notwendigkeit eines direkten physischen Kontakts. Diese Innovation könnte die Entwicklung zukünftiger Quantencomputer radikal verändern und den Weg für skalierbarere, effizientere und weniger fehleranfällige Systeme ebnen. Wenn Sie sich für Quantencomputing interessieren, können Sie mehr darüber lesen Was ist Quantenkommunikation?.
Anstatt weiterhin auf physische Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zu setzen – die mit zunehmender Entfernung oder Anzahl der Knoten Rauschen und Fehler verursachen – haben Forscher ein neues System entwickelt, das es Quantenchips ermöglicht, Informationen mithilfe von Mikrowellenphotonen auszutauschen. Dieser Mechanismus nutzt das Phänomen der Quantenverschränkung, um eine kontaktlose Verbindung zwischen diesen Modulen herzustellen.
Eine „Quantenautobahn“ durch einen supraleitenden Wellenleiter
Zentraler Bestandteil dieser Innovation ist ein supraleitendes Kabel, das als Wellenleiter fungiert.. Dieser Kanal ermöglicht die Übertragung von Photonen zwischen verschiedenen Quantenmodulen, ohne dass zusätzliche Kabel oder direkter Kontakt erforderlich sind. Jedes Modul ist mit vier Qubits ausgestattet, die als Schnittstelle zwischen dem Wellenleiter und dem Hauptprozessor fungieren.
Photonen wandern kontrolliert durch diesen Leiterund werden von den Qubits entsprechend der vordefinierten Richtung ausgesendet und gesammelt. Diese Flexibilität reduziert die Einschränkungen aktueller Konfigurationen, die nur Verbindungen zwischen nahegelegenen Knoten zulassen, erheblich.
Aziza Almanach, ein Doktorand am MIT und Hauptautor der Studie, erklärte, dass dieses System „flexible Verbindungen mit unterschiedlichen Frequenzen, Zeiten und sogar Richtungen ermöglicht“ und so die Tür zu dynamischeren und anpassungsfähigeren Architekturen öffnet. Diese Entwicklung ergänzt andere Fortschritte im Bereich der Quantenphotonische Chips.
Ferne Verflechtung: zwischen Theorie und Praxis
Einer der auffälligsten Aspekte des Experiments war die Implementierung einer Technik zur Durchführung von Quantenverschränkung über eine gewisse Distanz.. Zu diesem Zweck entwickelten die Forscher eine Methode, bei der die Übertragung der Photonen mitten in ihrer Emission gestoppt wird. Auf diese Weise wird das Photon weder emittiert noch vollständig zurückgehalten, was in der Quantensprache bedeutet, dass es sich gleichzeitig in beiden Zuständen befindet.
Das Ergebnis ist, dass sobald das Empfangsmodul diese „Hälfte des Photons“ absorbiert, beide Systeme verflechten sich. Dies bedeutet, dass ihre Zustände quantensynchronisiert werden, sodass sie Informationen austauschen können, ohne dass eine direkte physische Verbindung zwischen ihnen besteht. Dieser Durchbruch bietet großes Potenzial für zukünftige Anwendungen, wie zum Beispiel AWS Ocelot-Quantenchip.
Dieses Phänomen wurde bereits theoretisch oder unter streng kontrollierten Laborbedingungen beobachtet, es gelang ihm jedoch nicht, es in solch funktionaler Weise in ein praktisches Quantenprozessor-Verbindungssystem zu integrieren.
Fehlerreduzierung mit Machine-Learning-Algorithmen
Eines der größten Probleme beim Quantencomputing ist die hohe Fehlerrate. aufgrund der extremen Empfindlichkeit von Qubits und Störungen aus der Umgebung. Ein Teil des Erfolgs dieses Projekts beruht auf einem Algorithmus, der auf künstliche Intelligenz Dies trug dazu bei, die Form des emittierten Photons und seine anschließende Absorption durch das Empfangsmodul zu verbessern.
Der Algorithmus nutzte Techniken des Verstärkungslernens, um die Mikrowellenimpulse anzupassen die die Qubits steuern. Durch diese Anpassung kann sich das Photon präzise fortbewegen, sodass die Wahrscheinlichkeit einer Absorption ohne Verzerrung maximiert wird. Nach Anwendung dieser Technik erreichten die Forscher eine Absorptionsrate von 60 %, die die mit anderen Technologien typischerweise erreichten Werte bei weitem übertrifft.
Dieser Wirkungsgrad beweist nicht nur die Rentabilität des Systems, sondern eröffnet auch die Möglichkeit einer Ausweitung auf größere und komplexere Netzwerke. Laut den Autoren würde die Implementierung mehrerer Module nach diesem Schema die Entwicklung von Quantennetzwerken mit einer „All-to-All“-Architektur ermöglichen, ohne dass zusätzliche physische Verbindungen hinzugefügt werden müssten. Diese Idee steht im Einklang mit den Perspektiven auf die Aurora-Quantencomputer.
Potenzielle Anwendungen und Zukunftsvision
Das vom MIT entwickelte System ist nicht auf zwei Quantenchips beschränkt.. Sein modulares Design ermöglicht das Hinzufügen mehrerer Prozessoren entlang desselben Wellenleiters. Da diese Module auf einem gemeinsamen und flexiblen Protokoll basieren, können sie mit jedem anderen Modul kommunizieren, ohne dass exklusive Verbindungen konfiguriert oder die Hardware vorhanden.
Tatsächlich ist es dank dieser Eigenschaft der allgemeinen Konnektivität möglich, Experten gehen davon aus, dass das System angepasst werden könnte, um das zukünftige Quanteninternet zu schaffen.. Diese Art von Netzwerk würde Quanteninformationen sicher und nahezu in Echtzeit zwischen Computern, Sensoren oder Knoten verteilen.
Zusätzlich Die Methode der Fernverschränkung könnte in Hybridsystemen nützlich sein, bei dem mehrere Arten von Qubits (wie etwa Ionenfallen-Qubits oder solche, die auf neutralen Atomen basieren) in einem einzigen Netzwerk kombiniert werden. Obwohl noch viel zu tun bleibt, um dieses Ziel zu erreichen, stellen die vom MIT demonstrierten Grundlagen einen entscheidenden Schritt dar. Die Kombination dieser Quantenchips könnte die Zukunft der Quantencomputing in China.
Beatriz Yankelevich, ein weiterer der beteiligten Forscher, erklärt: „Auch nachdem das Photon seine Reise beendet hat, bleiben die Qubits korreliert, was parallele Operationen auf weit entfernten Chips ermöglicht, als wären sie direkt nebeneinander.“
Zu den künftigen Verbesserungen, die die Forscher in Erwägung ziehen, gehört die Integration dreidimensionaler Module, die das klassische supraleitende Kabel durch kompaktere Strukturen mit weniger Verlustpunkten ersetzen würden. Darüber hinaus wird daran gearbeitet, das Kommunikationsprotokoll zu verkürzen, um die Fehlerhäufigkeit bei jeder Übertragung zu minimieren.
Diese Studie wurde in der Zeitschrift Nature Physics veröffentlicht und erhielt Unterstützung von Einrichtungen wie dem AWS Center for Quantum Computing, dem U.S. Army Research Office und dem Air Force Office of Science.
Dank der zahlreichen Innovationen des MIT, von der Entwicklung eines kontaktlosen Quantenbusses bis hin zum Einsatz von KI-Algorithmen zur Optimierung der Informationsübertragung, hat sich die Landschaft des Quantencomputings deutlich verändert. Dieser Durchbruch verbessert nicht nur die Kommunikation zwischen einzelnen Chips, sondern gibt auch Hinweise darauf, wie die nächsten Quantencomputer aussehen könnten, die ohne die aktuellen physikalischen Einschränkungen skalierbar sind. Die Möglichkeit von Qubits aus der Ferne verschränken, Daten flexibel senden und Fehler reduzieren Dadurch entstehen wesentlich praktikablere Architekturen für den praktischen Einsatz im wissenschaftlichen und industriellen Bereich und sogar in Bereichen wie Kryptographie oder künstliche Intelligenz.
Leidenschaftlicher Autor über die Welt der Bytes und der Technologie im Allgemeinen. Ich liebe es, mein Wissen durch Schreiben zu teilen, und genau das werde ich in diesem Blog tun und Ihnen die interessantesten Dinge über Gadgets, Software, Hardware, technologische Trends und mehr zeigen. Mein Ziel ist es, Ihnen dabei zu helfen, sich auf einfache und unterhaltsame Weise in der digitalen Welt zurechtzufinden.