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  #1  
Alt 22.11.15, 08:29
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BennyBunny BennyBunny ist offline
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Daumen hoch Verschränkung bei Zimmertemperatur

quelle (mit bildern) : http://www.pro-physik.de/details/new...schraenkt.html

Spins bei Zimmertemperatur verschränkt,

Meilenstein auf dem Weg zum Festkörper-Quantencomputer.


Zukünftige Quantencomputer, die einige Tausend quantenmechanisch verschränkte Qubits verarbeiten, wären herkömmlichen Elektronenrechnern haushoch überlegen. Einen wichtigen Schritt zu diesem Ziel hin haben Forscher in Chicago gemacht: Sie haben Spin-Qubits in Fehlstellen eines Siliziumkarbidkristalls bei Zimmertemperatur gespeichert und paarweise miteinander verschränkt.

Auf dem Weg zum Quantencomputer verfolgt man gegenwärtig zwei konkurrierende Ansätze zur Speicherung der Qubits. Entweder verwendet man dazu einzelne Atome, die isoliert in Fallen festgehalten werden, oder bestimmte Fehler in Kristallen, die Elektronen- oder Kernspins tragen. Bei diesem zweiten Ansatz will man die weitentwickelten Möglichkeiten der Halbleitertechnologie nutzen.

Große Fortschritte hat man mit Diamanten gemacht, die Stickstofffehlstellen enthalten. Bei solch einem Fehler im Diamantgitter tritt ein Stickstoffatom an die Stelle zweier benachbarter Kohlenstoffatome. Die Fehlstelle trägt einen von Elektronen herrührenden Spin S = 1, mit dem man ein Qubit selbst bei Zimmertemperatur über eine Zeitspanne speichern kann, in der sich viele Qubit-Operationen durchführen ließen.

Auf eine Fehlstelle in einem anderen Kristall setzen David Awschalom und seine Kollegen von der University of Chicago ihre Hoffnung. Sie verwenden den Halbleiter Siliziumkarbid (SiC), der eine Bandlücke von 3 eV hat und in der Leistungselektronik zum Einsatz kommt. Bei einer Doppelleerstelle fehlen auf benachbarten Gitterplätzen je ein Kohlenstoff- und ein Siliziumatom. Auch dieser Fehler trägt einen Spin S = 1, der ein Qubit speichern kann.

Wie die Forscher vor vier Jahren gezeigt hatten, weisen die Fehlstellen im Siliziumkarbid auch bei Raumtemperatur eine große Kohärenzzeit auf, sodass sie Qubits mit ihnen ähnlich lange speichern konnten wie mit Stickstofffehlstellen im Diamanten. Infrarotlicht brachte die einem Magnetfeld ausgesetzten Fehlstellen in den Anfangszustand, dann wurde auf sie mit abgestimmten Mikrowellen ein Qubit geschrieben. Dabei wurden die Spinzustände |-1⟩ und |0⟩ der Fehlstellen benutzt, die im Magnetfeld unterschiedliche Energien hatten.

Siliziumkarbid enthält neben den gängigen Isotopen Kohlenstoff-12 und Silizium-28 auch in geringer Menge Kohlenstoff-13 (zu 1,1 %) und Silizium-29 (zu 4,7 %), deren Atomkerne einen Kernspin I = ½ tragen (Zustände: |↓⟩ und |↑⟩). Befindet sich der Kernspin in der Nähe einer Fehlstelle, so wird er durch die Hyperfeinwechselwirkung mit dem Fehlstellenspin gekoppelt. Auf Grund des Magnetfeld haben die vier Zustände |0,↓⟩, |0,↑⟩, |-1,↓⟩ und |-1,↑⟩ unterschiedliche Energien, sodass man sie mit Mikro- und Radiowellen einzeln anregen kann.

Awschalom und seine Mitarbeiter haben einen SiC-Chip bei Zimmertemperatur in ein Magnetfeld von bis zu 33 mT gebracht und Mikro- und Radiowellenpulsen ausgesetzt, die die Elektronen- bzw. Kernspinübergänge antrieben. Dabei wurden immer gleichzeitig etwa tausend Paare von gekoppelten Elektronen- und Kernspins in gleicher Weise beeinflusst und in den gewünschten Zustand gebracht. So erhielten die Forscher „hybride Quantenregister“ mit zwei Qubits

Mit den Quantenregistern realisierten sie der Reihe nach jeden der vier maximal verschränkten Bell-Zustände (z. B. |-1,↓⟩ + |0,↑⟩ oder |-1,↑⟩ – |0,↓⟩). Dazu führten sie an den Qubits „bedingte“ Rotationen durch, bei denen der Elektronenspin um einen bestimmten Winkel und mit einer bestimmten Phase gedreht wurde, die vom Kernspinzustand abhing. Ob tatsächlich der gewünschte Zustand vorlag, prüften die Forscher durch optische Lumineszenz.

Dazu bestrahlten sie den SiC-Chip gleichzeitig mit Infrarotlicht und mit resonanter Mikrowellen- oder Radiostrahlung. Dabei beobachteten sie, wie sich die Intensität der Lumineszenz änderte, woraus sie den Zustand des Elektronenspins bzw. des Kernspins ermitteln konnten. Bei diesen Verfahren spricht man von optisch detektierter magnetischer Resonanz bzw. kernmagnetischer Resonanz.

Die Messungen zeigten, dass die Elektronenspins zu 93 % und die Kernspins zu 99 % polarisiert werden konnten. Damit ließ sich der Ausgangszustand |0,↑⟩ mit einer Fidelity von 0,95 realisieren. Bei der Verwirklichung der Bell-Zustände wurde eine Fidelity von 0,88 erreicht. Der anfängliche Grad der Verschränkung zwischen Elektronen- und Kernspins betrug nach dem „Peres-Horodecki-Test“ -0,4, wobei -0,5 der Idealwert ist. Die Lebensdauer der Bell-Zustände lag bei etwa 0,3 μs – bei Zimmertemperatur! Durch „dynamische Kopplung“, die bestimmte Dekohärenzprozesse ausschaltet, sollte sich die Lebensdauer noch vergrößern lassen.

Rainer Scharf
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Wolfgang Nolting

Geändert von BennyBunny (22.11.15 um 08:36 Uhr)
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  #2  
Alt 24.11.15, 19:08
Plankton Plankton ist offline
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Frage AW: Verschränkung bei Zimmertemperatur

@BennyBunny
Das ist leicht OT, aber passt dennoch gut hier her, hoffe das i. OK!

Die "Mainplayer" der QM sind ja Entanglement, Discord & Coherence.
Was sich IMHO gut zeigt ist, dass 'Entanglement' nicht optimal als Ressource ist für zukünftige QC. Ich könnte mir gut vorstellen, dass durch weitere Forschung man mehr dazu übergeht 'Discord' als Ressource in Betracht zu ziehen. (mathematische Kniffe mit inbegriffen)

Dazu: Physicists show 'quantum freezing phenomenon' is universal
[...] In this context, the freezing phenomenon is particularly interesting because it is exhibited specifically by discord-type correlations, while a similar feature for entanglement has remained elusive. This difference aligns with other emerging research that suggests that discord-type quantum correlations are more robust than entanglement against noise. For instance, entanglement can suffer so-called "sudden death" when exposed to noise, but such rapid vanishing cannot been observed for discord-type correlations.

In this sense, freezing can be considered a very extreme form of robustness to noise, as it could theoretically allow any quantum protocol to operate with a performance that is completely unaffected by noise. Such protection would be extraordinarily appealing for future developments of quantum technologies, including communication, computation, sensing, and metrology.
Read more at: http://phys.org/news/2015-04-physici...ersal.html#jCp

Im Zusammenhang mit neuen Methoden wie im Eingangspost könnte das zu vollen Durchbrüchen in der Zukunft führen IMHO.
Gruß
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  #3  
Alt 26.11.15, 15:29
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BennyBunny BennyBunny ist offline
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Beiträge: 54
Standard AW: Verschränkung bei Zimmertemperatur

danke für die ehre über und unter deinem post stehen zu dürfen..

dein ansatz klingt auch ganz gut, aber vermutlich is das alles etwas komplizierter als uns das erscheint.. das haut mit dem kleinen einmal eins nich ganz hin..

ich möchte mich bzw uns hier jetzt nich herabwerten mit unsern theorien und ideen, aber zu dem was in der praxis abgeht, ist das kindergeburtstag
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Wolfgang Nolting
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  #4  
Alt 29.11.15, 17:35
Plankton Plankton ist offline
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Registriert seit: 02.01.2015
Beiträge: 903
Standard AW: Verschränkung bei Zimmertemperatur

Zitat:
Zitat von BennyBunny Beitrag anzeigen
[...]
dein ansatz klingt auch ganz gut, aber vermutlich is das alles etwas komplizierter als uns das erscheint.. [...]
Da fällt mir ein lustiges Zitat ein:
'In der Naturwissenschaft geht es nie darum, eine Theorie zu finden, die mit Sicherheit oder mit einiger Wahrscheinlichkeit immer wahr sein wird, sondern darum, die beste Theorie zu finden, die zum jetzigen Zeitpunkt verfügbar ist.'
David Deutsch
Gruß
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  #5  
Alt 25.03.17, 13:45
Plankton Plankton ist offline
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Registriert seit: 02.01.2015
Beiträge: 903
Standard AW: Verschränkung bei Zimmertemperatur

Hier geht's um "coherence" bei Zimmertemperatur.

https://phys.org/news/2016-10-quantu...coherence.html
Zitat:
The scientists demonstrated the mechanism in composite systems whose subsystems are all affected by decoherence, yet the overall composite system maintains its quantum coherence for as long as desired.

"The trick lies in the fact that local decoherence acts in a preferred direction, which is perpendicular to the one in which coherence is measured," Adesso explained. "Consequently, the resulting quantum states are overall degraded by such noise, but their observed coherence remains unaffected during the dynamics if the initial conditions are suitably chosen."

The researchers implemented the method using set-ups that involve room-temperature liquid-state nuclear magnetic resonance (NMR) quantum simulators, and demonstrated the effect in two- and four-qubit ensembles.
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