Los seres humanos crean una gran cantidad de datos en la era digital, ya sea a través de elementos cotidianos como publicaciones en redes sociales, correos electrónicos y búsquedas de Google, o información más compleja sobre salud, finanzas y hallazgos científicos.
The International Data Corp.informó que la esfera de datos global contenía 33 zettabytes, o 33 billones de gigabytes, en 2018. Para 2025, esperan que ese número crezca a 175 zettabytes. 175 zettabytes de información almacenada en DVD llenarían suficientes DVD para rodearTierra 222 veces.
Si bien la computación cuántica se ha promocionado como una forma de clasificar inteligentemente a través de big data, los entornos cuánticos son difíciles de crear y mantener. Los estados de bits cuánticos entrelazados, o qubits, generalmente duran menos de un segundo antes de colapsar. Los qubits también son muy sensibles asus entornos circundantes y deben almacenarse a temperaturas criogénicas.
En un artículo publicado en la revista Nature Research, Física de las comunicaciones , investigadores del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Arizona han demostrado la posibilidad de que las ondas acústicas en un entorno clásico realicen el trabajo de procesamiento de información cuántica sin las limitaciones de tiempo y la fragilidad.
"Podríamos ejecutar nuestro sistema durante años", dijo Keith Runge, director de investigación del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales y uno de los autores del artículo. "Es tan robusto que podríamos llevarlo afuera a una feria comercial sinperturbado en absoluto - a principios de este año, lo hicimos ".
El profesor asistente de investigación en ciencia de materiales e ingeniería Arif Hasan dirigió la investigación. Otros coautores incluyen al profesor asistente de investigación de MSE Lazaro Calderin; el estudiante de pregrado Trevor Lata; Pierre Lucas, profesor de MSE y ciencias ópticas; y Pierre Deymier, jefe del departamento de MSE,miembro del Programa Interdisciplinario de Graduados de Matemáticas Aplicadas y miembro del Instituto BIO5. El equipo está trabajando con Tech Launch Arizona, la oficina de la UA que comercializa invenciones derivadas de la investigación, para patentar su dispositivo y está investigando vías comerciales para llevar la innovaciónpara el publico.
superposición cuántica
En la computación clásica, la información se almacena como 0 o 1, de la misma manera que una moneda debe caer en cara o cruz. En la computación cuántica, los qubits se pueden almacenar en ambos estados al mismo tiempo, lo que se denomina superposición.de estados. Piense en una moneda en equilibrio sobre un lado, girando tan rápido que parece que tanto la cara como la cruz aparecen a la vez.
Cuando los qubits están entrelazados, cualquier cosa que le suceda a un qubit afecta al otro a través de un principio llamado no separabilidad. En otras palabras, derribar una moneda que gira en una mesa y otra moneda que gira en la misma mesa también cae. Un principio llamadoLa no localidad mantiene las partículas vinculadas incluso si están muy separadas: si se tira una moneda que gira, su contraparte enredada en el otro lado del universo también se cae. Los qubits entrelazados crean un estado de campana, en el que todas las partes de uncolectivos se ven afectados unos por otros.
"Esto es clave, porque si manipula solo un qubit, está manipulando toda la colección de qubits", dijo Deymier. "En una computadora normal, tiene muchos bits de información almacenados como 0 o 1, y tiene quedirigirse a cada uno de ellos. "
de luz a sonido
Pero, al igual que una moneda girando sobre su borde, la mecánica cuántica es frágil. El acto de medir un estado cuántico puede hacer que el enlace colapse o se descuelgue, al igual que tomar una foto de una moneda girando significa capturar solo unalado de la moneda. Es por eso que los estados qubit solo se pueden mantener durante períodos cortos.
Pero hay una forma de evitar el uso de la mecánica cuántica para el procesamiento de datos: los científicos ópticos y los investigadores de ingeniería eléctrica e informática han demostrado la capacidad de crear sistemas de fotones, o unidades de luz, que exhiben no separabilidad sin no localidad. Aunque la no localidad es importante paraaplicaciones específicas como la criptografía, es la no separabilidad lo que importa para aplicaciones como la computación cuántica. Y las partículas que no son separables en los estados clásicos de Bell, en lugar de entrelazarse en un estado cuántico de Bell, son mucho más estables.
El equipo de ciencia e ingeniería de materiales ha ido un paso más allá al demostrar por primera vez que la no separabilidad clásica se puede aplicar a las ondas acústicas, no solo a las ondas de luz. Utilizan phi-bits, unidades formadas por cuasi-partículas llamadasfonones que transmiten sonido y ondas de calor.
"Los láseres de luz y los fotones individuales son parte de la fotónica de campo, pero las ondas sonoras caen bajo el paraguas de la fonónica o el estudio de los fonones", dijo Deymier. "Además de ser estables, las ondas acústicas clásicamente entrelazadas son fáciles de interactuar cony manipular. "
Ciencia compleja, herramientas simples
Los materiales para demostrar un concepto tan complejo fueron simples, incluidas tres varillas de aluminio, suficiente epoxi para conectarlas y algunas bandas de goma para mayor elasticidad.
Los investigadores enviaron una onda de vibraciones sonoras por las varillas, luego monitorearon dos grados de libertad de las ondas: en qué dirección se movían las ondas hacia abajo de las varillas hacia adelante o hacia atrás y cómo se movían las varillas entre sí si eranondeando en la misma dirección y con amplitudes similares. Para excitar el sistema a un estado no separable, identificaron una frecuencia a la que estos dos grados de libertad estaban vinculados y enviaban las ondas a esa frecuencia. ¿El resultado? Un estado de Bell.
"Entonces, tenemos un sistema acústico que nos da la posibilidad de crear estos estados de Bell", dijo Deymier. "Es el análogo completo a la mecánica cuántica".
Demostrar que esto es posible ha abierto la puerta a la aplicación de la no separabilidad clásica al campo emergente de la fonónica. A continuación, los investigadores trabajarán para aumentar el número de grados de libertad que se pueden entrelazar de forma clásica: cuantos más, mejor.También quiero desarrollar algoritmos que puedan usar estos estados no separables para manipular información.
Una vez que el sistema esté refinado, planean cambiar su tamaño desde la superficie de la mesa hasta la microescala, listo para implementar en chips de computadora en centros de datos de todo el mundo.
Este trabajo fue apoyado por la Fundación WM Keck y el Programa Fronteras Emergentes en Investigación e Innovación de la Fundación Nacional de Ciencias.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Arizona . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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