EO

Nieuw model beschrijft fouten in kwantumcomputers

02 juli 2020 om 10:17 uur

Op het punt waar het energielandschap zich splitst, vervalt de hoge symmetrieketen in een lagere symmetriestatus wanneer het kritieke punt wordt gepasseerd. In dit geval vervalt een rechte keten in een zigzagconfiguratie wanneer de anisotropie lambda (t) een kritische waarde lambda_ {c} passeert. Waar twee opeenvolgende ionen dezelfde kant op vallen, lokaal een toestand van hogere energie, zien we een defect. | Beeld: Fernando Gómez-Ruiz, Donostia International Physics Center

In Bilbao is een universeel model ontwikkeld dat kan voorspellen hoe de aantallen topologische defecten zich verdelen in een uit-evenwicht systeem. De resultaten zijn te gebruiken in kwantumcomputers en bij onderzoek naar het ontstaan van geordende structuren in het vroege universum.


Het onderzoek is verschenen in Physical Review Letters.

 

Doel van het onderzoek was het oplossen van een probleem dat speelt bij kwantumcomputers, maar ook in andere takken van wetenschap, van nano-magneten tot de kosmos. In al deze systemen gaat het ontstaan van orde (bijvoorbeeld in gang gezet door afkoeling) gepaard met het ontstaan van defecten. "Neem een systeem van deeltjes met een magnetisch moment dat heen en weer kan springen tussen de standen op en neer. Wanneer je de aantrekkingskracht tussen de deeltjes sterker maakt, zullen ze zich naar elkaar gaan richten", zegt Jack Mayo, een student bij de Topmaster Nanoscience aan de RUG die aan her onderzoek meewerkte.

 

Dat gebeurt vanuit verschillende, onafhankelijke punten in het medium, waarna ze uitgroeien tot domeinen - zoals ijskristallen in water. Hoe de domeinen gericht zijn (op of neer, zoals in het voorbeeld van het magnetisch moment) is een kwestie van toeval. "De lokaal ontstane richting groeit naar buiten, maar op zeker moment zullen domeinen elkaar ontmoeten en een interactie aangaan." Wanneer bijvoorbeeld een ‘op' domein tegen een ‘neer' domein aangroeit resulteert dat in een domein-muur, een defect dat de symmetrie van het materiaal doorbreek met een hogere-symmetrie fase.

 

Handelsreizigersprobleem

Dit stollen of uitharden van het medium is beschreven door het Kibble-Zurek mechanisme, dat oorspronkelijk is ontwikkeld om te verklaren hoe een faseovergang kan zorgen voor de geordende structuren in het vroege universum. Later bleek dit mechanisme ook bruikbaar om de overgang van vloeibaar helium naar een supervloeibare fase te beschrijven. "Het mechanisme bleek universeel en is ook gebruikt in kwantumcomputers die gebaseerd zijn op het proces van quantum annealing", aldus Mayo. Deze technologie is al in gebruik om complexe puzzels op te lossen, zoals het handelsreizigersprobleem. Maar een probleem ervan is dat tijdens deze kwantum ‘uitharding' defecten ontstaan die de resultaten negatief beïnvloeden.

 

Defecten

Het aantal defecten dat verschijnt tijdens kwantum uitharding hangt af van de tijd die gebruikt is voor de faseovergang. "Wanneer je miljoenen jaren hebt om de interacties tussen de eenheden langzaam te veranderen krijg je geen defecten, maar dat is niet echt praktisch. De kunst is dus om een schema te ontwerpen met een beperkte tijdsduur, dat met een grote waarschijnlijkheid een acceptabel aantal defecten bevat."

 

Het onderzoeksproject was er op gericht om een model te ontwikkelen dat het aantal defecten kan schatten en daarmee bruikbaar is om zo'n optimaal systeem te ontwerpen. Om dit te bereiken gebruikten de natuurkundigen theoretische technieken om de faseovergang te beschrijven en numeriek simulaties om de verdeling van defecten tijdens koeling te schatten. Aangezien elk domein slechts twee waarden kan hebben (op of neer, in het gebruikte voorbeeld van magnetisch moment) konden ze de kans schatten dat twee tegenovergestelde domeinen elkaar treffen en zo een defect veroorzaken. Dit leverde een statistisch model op, gebaseerd op een binomiale verdeling, waarmee het mogelijk is te voorspellen hoe een systeem moet worden afgekoeld om zo weinig mogelijk defecten te krijgen. Het model is vervolgens geverifieerd met een onafhankelijke numerieke simulatie en het lijkt goed te werken.

 

Gerelateerd nieuws

Van eieren koken tot het stollen van bloed: hoe ontstaan gels?

Van eieren koken tot het stollen van bloed: hoe ontstaan gels?

Gels komen overal in ons dagelijks leven voor, maar de precieze manier waarop ze ontstaan is niet heel goed begrepen. Door experimentele waarnemingen te combineren met numerieke modellen hebben natuurkundigen van de…

De haat-liefdeverhouding tussen perovskiet en de zon

De haat-liefdeverhouding tussen perovskiet en de zon

Perovskiet zonnecellen hebben een haat-liefdeverhouding met de zon. Het licht dat ze nodig hebben om elektriciteit op te wekken, doet ook afbreuk aan de kwaliteit van de cellen, waardoor hun efficiëntie en stabiliteit…

Bedrijven steeds digitaler maar investering in cybersecurity neemt niet toe

Bedrijven steeds digitaler maar investering in cybersecurity neemt niet toe

Europese organisaties maken steeds meer gebruik van digitale technologieën maar de budgetten voor cybersecurity nemen niet toe. Dit blijkt uit het Thales European Data Threat Report van 2020 waarvoor 509 Europese…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

19 augustus 2020, Vianen

Machineveiligheid in een dag

27 augustus 2020, Online

Printed Electronics | Diversity in Tech

De Organic and Printed Electronics Association (OE-A) en High Tech Campus Eindhoven brengen technologie...

8 september 2020, Eindhoven

Cyber Event

Gratis Cyber Event voor ondernemers in de hightech- en maakindustrie door Cyber Weerbaarheidscentrum...

Meer agendapunten »