Annonse
05.02.2006
Britisk forskningsbragd: et skritt nærmere lynraske datamaskiner
En oppdagelse som er gjort av forskere på Universitetet i Manchester, England, i samarbeid med internasjonale medarbeidere, markerer et stort gjennombrudd som kan åpne for en ny type høyhastighetsdatamaskin.
Professor Richard Winpenny på School of Chemistry (kjemiskolen) og en gruppe forskere ved andre europeiske sentre har oppdaget et fenomen som kan være nøkkelen til å skape de første praktiske kvantedatamaskiner.
Kvantebiter
Dagens datamaskiner virker ved å manipulere biter som eksisterer i en av to tilstander: 0 eller 1 (nesten lik en elektrisk bryter som er enten på eller av). Kvantedatamaskiner er ikke begrenset av to tilstander. De krypterer informasjon som kvantebiter eller Qbiter.
En Qbit kan være enten 1 eller 0, eller den kan eksistere i en tilstand som samtidig både er 1 og 0, eller et sted imellom. Qbiter representerer atomer som arbeider sammen for å virke som en datahukommelse og en prosessor.
Fordi en kvantedatamaskin inneholder slike elementer som kan være i mange tilstander samtidig, har den potensial til å være mange millioner ganger mer kraftig enn dagens kraftigste superdatamaskiner.
Den iboende “paralleliteten” i en kvantedatamaskin vil gi den mulighet til å jobbe med én million beregninger samtidig, mens en moderne PC bare kan jobbe med én om gangen.
Sammenfiltring
Kvantedatamaskiner utnytter også en side av kvantemekanikk som er kjent som sammenfiltring. Et problem med ideen bak kvantedatamaskiner er at de subatomære partiklene uforvarende kan endre verdien hvis man prøver å påvise tilstanden.
I kvantefysikk derimot, kan en utvendig kraft, dersom den utøves på to atomer, forårsake at disse blir sammenfiltret. Uten innblanding vil et atom spinne i alle retninger, men så snart det blir forstyrret, vil det velge å spinne i kun én retning (en verdi).
Samtidig vil det andre sammenfiltrede atomet velge å spinne i den motsatte retningen (eller verdien). Dette fenomenet gir forskere muligheten til indirekte å påvise verdien av Qbiter.
Mange år frem i tid
Behandlingshastigheten av en kvantedatamaskin kan være spesielt verdifull for å faktorisere store tall, og derfor meget nyttig for å kryptere og dekryptere informasjon og for å søke i meget store databaser i en brøkdel av den tiden som brukes av en konvensjonell datamaskin.
Det fremheves at kvantedatabehandling fortsatt er i en tidlig utviklingsfase. Den teknologien som kreves for å skape en praktisk kvatedatamaskin, ligger fortsatt mange år inn i fremtiden.
Det som er av betydning, er at Professor Winpenny og forskningsgruppen for aller første gang har demonstrert hvordan ringer, som inneholder metall for å vise de nødvendige egenskapene som trengs for å fungere som Qbiter, kan kobles sammen ved bruk av både organiske og metallorganiske fragmenter.
Dette gjennombruddet, som er resultatet av tre års forskning, kan bidra til å fremskynde utviklingen av pratiske kvantedatamaskiner som vil trenge magnetiske “kvanteporter” – en mer avansert versjon og de logiske systemene som finnes i konvensjonelle moderne datamaskiner – hvis de skal fungere effektivt.
Professor Winpenny forklarer at burkomplekser som er lenket sammen, som Qbit-ringer, har potensial for å brukes som slike porter og åpne opp for praktisk kvante-informasjonsbehandling.
”Bryte”
“Ved å lenke sammen disse molekylene får vi ikke bare en mye bedre forståelse for hvordan de reagerer, men også mer kontroll over hvordan de reagerer, noe som er viktig dersom vi noen gang skal klare å gjennomføre kvanteporter,” sier professor Winpenny.
“Når det gjelder utviklingen av en kvantedatamaskin, er dette heller begynnelsen fremfor slutten, men nå når vi har vist at vi kan gjøre dette, er målene mye klarere. De første målene innebærer innarbeiding av en “bryte” mellom Qbitene som vil gi oss muligheten til å utføre enkle oppdrag, samt forbedringen av selve Qbitene.”
Forskerne har oppdaget at Qbit-ringer, når de festes ved bruk av en hydrogenbinding, forblir stabil i hvilende tilstand. De har også oppdaget at ringene kan føres nærmere uten at deres magnetiske oppførsel blir endret på grunn av utvekslingen gjennom rommet. Dette fører til muligheten for innarbeiding av en bryte som bruker utveksling gjennom elektroner inne i molekylebindingene.
De fullstendige forskningsresultatene er utgitt i nr. 40 av kjemitidsskriftet Angewandte Chemie. Avhandlingen heter: Linking rings through diamines and clusters: exploring synthetic methods for making magnetic quantum gates (ringelenking gjennom diaminer og klynger: undersøkelse av syntetiske metoder for å lage magnetiske kvanteporter).
Forskingen har fått støtte fra Engineering & Physical Sciences Research Council, Royal Society og EU-kommisjonen. Den ble utført i samarbeid med det italienske InterUniversity Consortium of Materials Science & Technology (Firenze), National Institute for the Physics of Matter (Modena) og Centre National de la Recherche Scientifique (Grenoble).
Nøkkelen til samarbeidet er et fremragende nettverk med europeisk støtte som heter MagmaNet, og som nylig ble etablert for å støtte forskning innenfor molekylmagnetisme.
av David Welsh, London Press Service
Kvantebiter
Dagens datamaskiner virker ved å manipulere biter som eksisterer i en av to tilstander: 0 eller 1 (nesten lik en elektrisk bryter som er enten på eller av). Kvantedatamaskiner er ikke begrenset av to tilstander. De krypterer informasjon som kvantebiter eller Qbiter.
En Qbit kan være enten 1 eller 0, eller den kan eksistere i en tilstand som samtidig både er 1 og 0, eller et sted imellom. Qbiter representerer atomer som arbeider sammen for å virke som en datahukommelse og en prosessor.
Fordi en kvantedatamaskin inneholder slike elementer som kan være i mange tilstander samtidig, har den potensial til å være mange millioner ganger mer kraftig enn dagens kraftigste superdatamaskiner.
Den iboende “paralleliteten” i en kvantedatamaskin vil gi den mulighet til å jobbe med én million beregninger samtidig, mens en moderne PC bare kan jobbe med én om gangen.
Sammenfiltring
Kvantedatamaskiner utnytter også en side av kvantemekanikk som er kjent som sammenfiltring. Et problem med ideen bak kvantedatamaskiner er at de subatomære partiklene uforvarende kan endre verdien hvis man prøver å påvise tilstanden.
I kvantefysikk derimot, kan en utvendig kraft, dersom den utøves på to atomer, forårsake at disse blir sammenfiltret. Uten innblanding vil et atom spinne i alle retninger, men så snart det blir forstyrret, vil det velge å spinne i kun én retning (en verdi).
Samtidig vil det andre sammenfiltrede atomet velge å spinne i den motsatte retningen (eller verdien). Dette fenomenet gir forskere muligheten til indirekte å påvise verdien av Qbiter.
Mange år frem i tid
Behandlingshastigheten av en kvantedatamaskin kan være spesielt verdifull for å faktorisere store tall, og derfor meget nyttig for å kryptere og dekryptere informasjon og for å søke i meget store databaser i en brøkdel av den tiden som brukes av en konvensjonell datamaskin.
Det fremheves at kvantedatabehandling fortsatt er i en tidlig utviklingsfase. Den teknologien som kreves for å skape en praktisk kvatedatamaskin, ligger fortsatt mange år inn i fremtiden.
Det som er av betydning, er at Professor Winpenny og forskningsgruppen for aller første gang har demonstrert hvordan ringer, som inneholder metall for å vise de nødvendige egenskapene som trengs for å fungere som Qbiter, kan kobles sammen ved bruk av både organiske og metallorganiske fragmenter.
Dette gjennombruddet, som er resultatet av tre års forskning, kan bidra til å fremskynde utviklingen av pratiske kvantedatamaskiner som vil trenge magnetiske “kvanteporter” – en mer avansert versjon og de logiske systemene som finnes i konvensjonelle moderne datamaskiner – hvis de skal fungere effektivt.
Professor Winpenny forklarer at burkomplekser som er lenket sammen, som Qbit-ringer, har potensial for å brukes som slike porter og åpne opp for praktisk kvante-informasjonsbehandling.
”Bryte”
“Ved å lenke sammen disse molekylene får vi ikke bare en mye bedre forståelse for hvordan de reagerer, men også mer kontroll over hvordan de reagerer, noe som er viktig dersom vi noen gang skal klare å gjennomføre kvanteporter,” sier professor Winpenny.
“Når det gjelder utviklingen av en kvantedatamaskin, er dette heller begynnelsen fremfor slutten, men nå når vi har vist at vi kan gjøre dette, er målene mye klarere. De første målene innebærer innarbeiding av en “bryte” mellom Qbitene som vil gi oss muligheten til å utføre enkle oppdrag, samt forbedringen av selve Qbitene.”
Forskerne har oppdaget at Qbit-ringer, når de festes ved bruk av en hydrogenbinding, forblir stabil i hvilende tilstand. De har også oppdaget at ringene kan føres nærmere uten at deres magnetiske oppførsel blir endret på grunn av utvekslingen gjennom rommet. Dette fører til muligheten for innarbeiding av en bryte som bruker utveksling gjennom elektroner inne i molekylebindingene.
De fullstendige forskningsresultatene er utgitt i nr. 40 av kjemitidsskriftet Angewandte Chemie. Avhandlingen heter: Linking rings through diamines and clusters: exploring synthetic methods for making magnetic quantum gates (ringelenking gjennom diaminer og klynger: undersøkelse av syntetiske metoder for å lage magnetiske kvanteporter).
Forskingen har fått støtte fra Engineering & Physical Sciences Research Council, Royal Society og EU-kommisjonen. Den ble utført i samarbeid med det italienske InterUniversity Consortium of Materials Science & Technology (Firenze), National Institute for the Physics of Matter (Modena) og Centre National de la Recherche Scientifique (Grenoble).
Nøkkelen til samarbeidet er et fremragende nettverk med europeisk støtte som heter MagmaNet, og som nylig ble etablert for å støtte forskning innenfor molekylmagnetisme.
av David Welsh, London Press Service
Annonse
Annonse
