Ученые создали прототип квантового жесткого диска

15 Января 2015 в 18:30, Николай Хижняк 9 485 просмотров 29

quantum-harddrive

Научные сотрудники Австралийского национального университета (ANU) и их коллеги из Университета Отаго, что в Новой Зеландии, создали прототип квантового жесткого диска. Изобретение может фундаментально изменить наше представление об уровне безопасности передачи защищенной информации. Используя атомы редкого на Земле химического элемента европия, заключенные в кристаллах из отросиликата иттрия, ученые смогли создать устройство, позволяющее до шести часов хранить информацию о квантовом состоянии, и тем самым побили предыдущий рекорд времени хранения для квантовой информации.

Нынешний уровень развития технологии передачи данных, зашифрованных квантовым методом, уже обещает небывалый рост в уровне безопасности хранения электронных данных и их обмен на относительно небольшие дистанции (до 100 километров). Однако последний научный прорыв, возможно, позволит в недалеком будущем создать мировую сеть передачи квантовых данных и обеспечить беспрецедентные возможности для хранения данных и избавиться от проблем нестабильности канала передачи данных, которые очень часто встречаются при ныне используемых технологиях.

quantum-harddrive-1

«Мы считаем, что в скором времени станет возможным передача квантовой информации между двумя любыми точками на нашем земном шаре», — говорит Манджин Чжун из Школы физики и инженерии при Австралийском национальном университете и один из авторов нового исследования.

«Квантовое состояние очень хрупко и обычно коллапсирует в течение миллисекунд. Однако наша разработка позволяет многократно увеличить время хранения и имеет весьма большой потенциал для перехода на совершенно новый уровень передачи квантовой информации».

В отличие от обычных сетей передачи электронной информации, где передающий сигнал просто усиливается специальными блоками регенрации установленными на всем пути канала передачи, квантовая информация требует использование квантовой памяти на основе материи, роль которой отводится кубитам (квантовым битам), заключенным в узлах хранения данных, каждый из которых, в свою очередь, соединяется в цепь и составляет отдельный оптический канал.

К сожалению, иного подхода к построению квантового канала передачи данных на данный момент не придумано. Дело в том, что любая попытка усилить сигнал передачи квантовой информации в лучшем случае создаст на пути ее следования лишние шумы, в худшем — полностью разрушит ее квантовое спиновое состояние. В результате этого нынешние сети передачи квантово-зашифрованной информации представляют собой набор огромного числа блоков памяти, объединенных в цепочки, чья долгосрочная стабильность и надежность пока остаются сомнительными.

Кроме того, передача такой квантовой информации на очень большие дистанции (в мировых масштабах) делает подобные сети из серийно соединенных между собой блоков памяти весьма непрактичными с инженерной точки зрения и весьма сомнительными с финансовой.

Несмотря на многообещающий прогресс, достигнутый другими учеными, никто пока не смог предложить столь выдающиеся показатели в способах хранения и передачи квантовой информации на длинные дистанции, как это сделали ученые из ANU и Университета Отаго.

«Достигнутое нами время хранения показывает возможность и необходимость пересмотра наиболее подходящих способов распространения квантовых данных», — говорит Чжун.

«Даже при передаче наших кристаллов информации со скоростью обычных пешеходов мы увидим гораздо меньшие потери данных, по сравнению с передачей информации посредством лазерных систем на аналогичную дистанцию».

Хотя исследователи пока не имеют возможности создать полноценный кубит, они научились изменять с помощью лазера квантовое состояние ядерного спина фотонов в отросиликате иттрия с вложенными атомами европия. Полученное состояние сохраняется до шести часов при температуре -271 °C и использовании осциллирующего поля магнитного удержания мощностью в 1 Тесла.

«Для изоляции спинов европия и предотвращения утечки квантовой информации используются два удерживающих поля», — говорит доктор Джевон Лонгделл из Университета Отаго.

Ученые с большим оптимизмом и энтузиазмом ждут дальнейших тестов квантового оптического диска и проверки тех законов квантовой механики, которые эти тесты смогут предоставить.

«Мы никогда еще не имели возможности для изучения состояний квантовой запутанности на столь удаленных дистанциях», — говорит Мэттью Селларс, руководитель исследовательской команды двух научных центров.

Ученые создали прототип квантового жесткого диска

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

29 комментариев

  1. Korvin

    Никто вообще ничего не понял))) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Николай Хижняк

      Отвыкайте от привычки говорить за всех. Мы много пишем о квантовой механике. Советую хотя бы почитать статьи моего коллеги Ильи Хеля , благо поиск у нас работает вполне на уровне.

      • naturalniy

        Спасибо автору за статью, один из лучших сайтов где можно наслаждаться рассказом о новых технологиях и науки. Желаю дальнейших успехов. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

      • Korvin

        Квантовую механику могут понять только физики с соответствующим образованием. Ее сам Стивен Хокинг не понимает до конца вот и борются они со своими черными дырами, темными материями и энергиями до сих пор не могут доказать откуда что берется и как это все работает. Да же для того чтобы понять, как работают микросхемы в компьютерах нужно соответствующее образование. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

        • Dynortice

          Открою Вам небольшой секрет. Можно без должного образования разбираться во всём этом (не досконально, но хотя бы разбираться). И даже, если Вы скажете что это не так, то как Вы объясните то, что учусь я на экономическом факультете, но познания в географии, астрономии, квантовой физике, программировании у меня достаточно велики?

          • Korvin

            Зашел я как то на один блог физички, которая рассказывала, как микросхемы собирать из подручных материалов и могу вам точно сказать, что это не два пальца об асфальт. Поэтому поверхностные знания здесь никак не помогут. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

            • Atey

              Так с любым Мастером, который проник в глубины своего дела. Встречался мне как-то один повар, который рассказал секрет хорошего теста - добавить рюмку водки. Вот как можно было до этого дойти? Какими экспериментами?
              И так везде. Послушайте повара, и он вам столько секретов расскажет, что ни один "обычный пользователь" не догадается и в интернетах о таком не пишут. Но даже Мастера начинали когда-то с самого малого.

    • MITKA

      Говори за себя! Как я понял, главная задача - избавиться от электрических цепей (логики), в канале передачи инф-ции! Понятно, конечно что на 100% этого не добиться, но хотя бы минимизировать их "тормозное" воздействие.

  2. rolife

    В чем вообще основополагающие принципы квантовой механики? Может кто на «пальцах» объяснить. Как понимаю, на квантовых компьютерах будущего по сути пока нельзя будет играть в игрушки и смотреть ролики на ютубе. Ну и собственно не отходя далеко от темы статьи, у данного прототипа квантового жесткого диска, есть ли какой-то номинальный объем, то что данные могут передавать на небольшое расстояние и храниться до шести часов — это мы поняли, но про какой объем данных идет речь?

    • Николай Хижняк

      Здесь не идет речь о передачи гигабайтови мегабайтов информации. Точнее не совсем так. Здесь идет речь о возможности хранения информации о квантовом состоянии объектов (то есть обо всех возможных состояниях) и передачи их на длинные дистанции между принимающими и получающими станциями.

      • MITKA

        Т.е., как я понял, выкинуть переход из "квантового" состояния в "логику на м/с" и обратно, для усиления сигнала, что бы убрать все задержки на м/с?

    • rolife

      Прочитал не плохую вводную статью для «чайников» — http://compress.ru/article.aspx?id=17653. Насколько я понял, все таки благодаря поляризованным фотонам и реализации механизма базисных состояний можно добиться привычной системы хранения информации как у классических компьютеров в виде 0 или 1 (хотя на самом деле их там четыре получается 00, 01, 10 и 11), таким образом можно оптимизировать квантовые процессоры под обычные классические операции. Собственно на текущий момент основная проблема пока состоит как раз в самой реализации достаточно количества этих самых кубитов и их стабильности.

    • _snake_

      Вряд ли квантовые компы будут персональными и стоять у каждого дома на столе. Скорее всего они будут вычислительными центрами для всяких учреждений, использоваться учеными и военными.

    • Sergejs Kravcenko

      Как инженер разрабатывающий ПО объясню. Сейчас все комьютнры построены по Фон Неймовской архитектуре, это АЛУ, память, система ввода вывода и устройство управления. И вся эта архитектура может работать с бинарной системой, т.е. Когда значение в каждый промежуток времени имеет одно состояние 1 или 0. Поверьте на данный момент столько различных алгоритмов и сложных операция что бы скажем достичь простого умножения, ведь это трнанслируется в двоичный код и производится сложение двоичного кода и сдвига и потом переводится обратно в десятеричную систему счисления. А теперь представьте кубит когда в промежуток времени значение сразу может быть 1 и 0. Естественно при таком подходе классические основы вычислений уже работать не будут, поэтому что с этим делать пока многие не понимают, пока это наводит на мысль создание машин для параллельных вычислений но прочитать конечный результат пока не возможно из-за не возможности определения и кубита его изначального состояния. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  3. diskmaster

    "В отличие от обычных сетей передачи электронной информации, где передающий сигнал просто ускоряется специальными усилителями" -- что, простите? Ускоряется?! Писатели, открывайте отличную книжица "Сети связи" и читайте про участки регенерации, про усиление и, собственно, про саму передачу данных. И упаси вас Перун в приличном обществе сказать подобную ересь! (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Николай Хижняк

      Хорошо, усиливается (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

    • intel75

      Мужик, ты сам Пердун тот еще! Твоих богов еще в семнадцатом году отменили. Ты, наверное, педик - так витиевато выражаешься. Человек умную статью написал, старался, источники изучал, а вам, педикам, только бы охаять все. Мы все тут не дураки, знаем, что такое и скорость передачи, и усиление, и без твоих педиковских карканий понимаем, что усилители усиливают.

  4. Atey

    На мой взгляд, понять квантовое строение нелегко, потому что оно отличается от привычного физического мира, где за причиной следует следствие, где большая часть физических явлений просчитывается и укладывается в стройные схемы.
    Но квантовое строение мира отличается от привычного людям дуального восприятия почти так же, как двухмерная плоскость отличается от трёхмерного моделирования. Например, квадрат. У него есть четыре вершины. Но квадрат это упрощённая, двухмерная модель куба, у которого уже восемь вершин и объём и с другого угла он может принимать формы, отличные от квадрата. Также и обычная физика является лишь частью, узконаправленным взглядом физики квантовой.
    В силу дуального развития сознания, где есть только две градации одного целого (да-нет, добро-зло, хорошо-плохо, причина-следствие) понять нечто большее, что выходит за рамки данной логики, значительно трудней.
    Обычный привычный нам процессор в каждый момент времени он может находиться ровно в одном из состояний - 0, 1... n-1. А квантовый процессор в каждый момент находится одновременно во всех этих базисных состояниях, при этом в каждом состоянии со своей комплексной амплитудой. Это и есть та самая квантовая суперпозиция, которая, говоря простыми словами, есть не что иное, как существование частицы одновременно во всех возможных состояниях. То есть, применяя привычную человеческую логику - рассматриваемое явление одновременно находится и в состоянии "да" и в состоянии "нет" и во всех возможных между ними. Всё слито в единую суперпозицию и в тоже время каждое состояние уникально.
    Дело в том, что потребности людей растут по экспоненте в соответствии с их численностью, и от современных процессоров требуется всё больше и больше.
    Например, для расчета сложных динамических систем, которые сильно зависят от начальных условий и даже малейшие изменения в окружающей среде могут привести к непредсказуемым (т.е. тем, которые мы не можем просчитать) последствиям. Сюда можно отнести погоду, биологическую жизнь и всю вселенную. Наращивать мощность имеющихся процессоров способом удвоения становится всё трудней и трудней, так как вывод тепла растёт и прочее. Тогда как квантовый компьютер сможет показывать вычислительную мощность в разы больше за счёт совершенно иного подхода.

    p.s. Я не претендую на истинность того, о чём говорю - это лишь доступное мне мировоззрение на данный момент. Возможно кому-то это поможет.

  5. Oplya

    "...
    Хотя исследователи пока не имеют возможности создать полноценный кубит, они научились ..."
    Так я не понял, они поняли, что ничего не поняли ?

  6. Oplya

    Вот еще
    "
    ...
    В отличие от обычных сетей передачи электронной информации, где передающий сигнал просто усиливается специальными блоками регенрации установленными на всем пути канала передачи, квантовая информация требует использование квантовой памяти на основе материи, роль которой отводится кубитам (квантовым битам), заключенным в узлах хранения данных, каждый из которых, в свою очередь, соединяется в цепь и составляет отдельный оптический канал.

    К сожалению, иного подхода к построению квантового канала передачи данных на данный момент не придумано. Дело в том, что любая попытка усилить сигнал передачи квантовой информации в лучшем случае создаст на пути ее следования лишние шумы, в худшем — полностью разрушит ее квантовое спиновое состояние. В результате этого нынешние сети передачи квантово-зашифрованной информации представляют собой набор огромного числа блоков памяти, объединенных в цепочки, чья долгосрочная стабильность и надежность пока остаются сомнительными.
    ..."

    В таком случае после экперимента вся информация "пропадет", её ведь нельзя будет скопировать или даже прочесть обычными методами.

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.