Forskare har gjort det största och mest komplexa kvantdatornätverket ännu, och har fått 20 olika sammankopplade kvantbitar, eller qubits, för att prata med varandra.
Teamet kunde då läsa upp informationen i alla de så kallade qubitsna och skapade en prototyp av kvantminne "korttidsminne" för datorn. Medan tidigare ansträngningar har förvirrat större grupper av partiklar i ultracold lasrar, är detta första gången forskare har kunnat bekräfta att de verkligen är i ett nätverk.
Deras studie, som publicerades 10 april i tidskriften Physics Review X, skjuter kvantdatorer till en ny nivå, tappar närmare den så kallade "kvantfördelen", där qubits överträffar de klassiska bitarna av kiselchipbaserade datorer, säger forskarna .
Från bitar till qubits
Traditionell databehandling är baserad på ett binärt språk på 0s och 1s - ett alfabet med bara två bokstäver, eller en serie jordklotar som bläddras till antingen nord- eller sydpolen. Moderna datorer använder detta språk genom att skicka eller stoppa flödet av elektricitet genom metall- och kiselkretsar, byta magnetisk polaritet eller använda andra mekanismer som har ett dubbelt "på eller av" tillstånd.
Men kvantdatorer använder ett annat språk - med ett oändligt antal "bokstäver."
Om binära språk använder nord- och sydpolen i världen, skulle kvantberäkning använda alla punkter däremellan. Målet med kvantberäkning är också att använda hela området mellan polerna.
Men var kan ett sådant språk skrivas? Det är inte som du kan hitta kvantmaterial i hårdvarubutiken. Så teamet har fångat kalciumjoner med laserstrålar. Genom att pulsa dessa joner med energi kan de flytta elektroner från ett lager till ett annat.
I gymnasiets fysik studsar elektroner mellan två lager, som en bil som byter körfält. Men i verkligheten finns elektroner inte på ett ställe eller ett lager - de finns i många samtidigt, ett fenomen som kallas kvantesuperposition. Detta udda kvantbeteende erbjuder en chans att ta fram ett nytt datorspråk - ett som använder oändliga möjligheter. Medan klassiska beräkningar använder bitar, blir dessa kalciumjoner i superposition kvantbitar eller qubits. Medan tidigare arbeten skapat sådana qubits tidigare, är tricket att skapa en dator att få dessa qubits att prata med varandra.
"Att ha alla dessa enskilda joner på egen hand är inte riktigt det du är intresserad av," berättade Nicolai Friis, första författaren på tidningen och en seniorforskare vid Institute for Quantum Optics and Quantum Information i Wien, Live Science. "Om de inte pratar med varandra, är allt du kan göra med dem en mycket dyr klassisk beräkning."
Prata bitar
För att få qubitsna "att prata" i det här fallet förlitade sig på en annan bisarr konsekvens av kvantmekanik, kallad förvirring. Förvirring är när två (eller fler) partiklar verkar fungera på ett koordinerat, beroende sätt, även när de är åtskilda med stora avstånd. De flesta experter tror att intrasslande partiklar kommer att vara nyckeln som kvantberäkningskatapulter från labbexperiment till datorevolution.
"För tjugo år sedan var intrassling av två partiklar en stor sak", berättade studieförfattaren Rainer Blatt, en fysikprofessor vid universitetet i Innsbruck i Österrike, till Live Science. "Men när du verkligen vill bygga en kvantdator måste du arbeta med inte bara säga fem, åtta, 10 eller 15 bitar. Till slut måste vi arbeta med många, många fler qubits."
Teamet lyckades förvirra 20 partiklar i ett kontrollerat nätverk - fortfarande inte en riktig kvantdator men hittills det största nätverket. Och även om de fortfarande behöver bekräfta att alla 20 är helt sammankopplade med varandra, är det ett solid steg mot framtidens superdatorer. Hittills har qubits inte överträffat de klassiska datorbitarna, men Blatt sa att det ögonblicket - ofta kallad kvantfördelen - kommer.
"En kvantdator kommer aldrig att ersätta klassiska datorer; den kommer att lägga till dem," sade Blatt. "Dessa saker kan göras."
