1 / 36

L’efecte túnel i l’ordinador quàntic

N. N. S. S. L’efecte túnel i l’ordinador quàntic. Neus Domingo Marimon Dept. de Física Fonamental Universitat de Barcelona. Paraules Clau. espí. moment magnètic. S. N. S. Espí y moment magnètic. Paraules Clau. espí. moment magnètic. Transició clàssica.

posy
Télécharger la présentation

L’efecte túnel i l’ordinador quàntic

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. N N S S L’efecte túnel i l’ordinador quàntic Neus Domingo Marimon Dept. de Física Fonamental Universitat de Barcelona

  2. Paraules Clau espí moment magnètic S N S Espí y moment magnètic

  3. Paraules Clau espí moment magnètic Transició clàssica transició clàssica d’una barrera

  4. Paraules Clau Bit clàssic espí = 1 = 0 moment magnètic transició clàssica d’una barrera = 1 = 0 S N N S bit clàssic

  5. Amb la miniaturització • dels components cada • cop seran més • importants els efectes • quàntics. Nombre d’àtoms Nous materials Any Ordinadors clàssics • Unitat bàsica d’emmagatzematge de la informació: BIT • Dos estats possibles, 0 o 1.

  6. Paraules Clau espí moment magnètic transició clàssica d’una barrera bit clàssic Transició quàntica per efecte túnel efecte túnel

  7. |Dreta> Què pot tunelejar? • Probabilitat de travessar una barrera d’energia. |Esquerra> • Exemples: • Emissió d’una partícula alfa. • Túnel d’electrons en transistors, microscopis, etc. • Túnel del moment magnètic.

  8. Què pot tunelejar? Decaïment nuclear de l’urani per efecte túnel Nucli d’Urani Efecte Túnel Nucli de Thori Partícula 

  9. Què pot tunelejar? ritme de pas clàssic quàntic temperatura N N N N N N N N S S S S S S S S Moment magnètic d’una molècula Transició clàssica

  10. Què pot tunelejar? ritme de pas clàssic quàntic temperatura N N N S S S Moment magnètic d’una molècula Transició quàntica

  11. Efecte túnel del moment magnètic Molècula de Mn12-acetat amb S = 10 • Sintetitzada per Lis (1980) • 4 Mn4+ (S=3/2) i 8 Mn3+ (S=2)Stotal = 10 • Cada molècula esta aïllada magnèticament de la veïna

  12. Efecte túnel del moment magnètic +10 +9 +1 0 -1 -2 -8 -9 -10 Molècula de Mn12-acetat amb S = 10 Orientacions discretes del moment magnètic 2S+1 = 21 orientacions respecte l’eix d’anisotropía Discretització de l’energia

  13. Efecte túnel del moment magnètic Diferentes energías del momento magnético 0 -1 +1 -7 +7 -8 +8 S N -9 +9 N S -10 +10 Molècula de Mn12-acetat amb S = 10 Orientacions discretes del moment magnètic

  14. Efectedel camp magnètic sobre la barrera

  15. Efecte túnel del moment magnètic Població tèrmica baixa Probabilitat túnel alta Barrera efectiva Població tèrmica alta Probabilitat túnel baixa Efecte túnel activat tèrmicament ACORD TÚNEL - TEMPERATURA

  16. Efecte túnel del moment magnètic Mesura de les transicions per efecte túnel

  17. Paraules Clau espí moment magnètic transició clàssica d’una barrera bit clàssic Superposició quàntica efecte túnel superposició quàntica

  18. Paraules Clau espí moment magnètic transició clàssica d’una barrera bit clàssic Superposició quàntica efecte túnel superposició quàntica

  19. Paraules Clau espí moment magnètic transició clàssica d’una barrera bit clàssic Superposició quàntica efecte túnel superposició quàntica

  20. Paraules Clau espí moment magnètic transició clàssica d’una barrera bit clàssic Superposició quàntica efecte túnel superposició quàntica

  21. Superposicions quàntiques • Possibilitat d’estar als dos costats de la barrera simultàniament. • Estat superposició: |Dreta>+|Esquerra>

  22. Paraules Clau espí = |1> moment magnètic transició clàssica d’una barrera bit clàssic = |0> = |0> +|1>,|0> -|1> Bit quàntic o qubit efecte túnel superposició quàntica qubit quàntic

  23. El qubit • Un qubit és l’anàleg quàntic del bit. • Pot estar en els estats |0> i |1> però també a l’estat superposició: |0>+|1> Un registre de L qubits pot emmagatzemar 2L valors diferents simultàniament. (|0>+|1>)  (|0>+|1>) |00>+|01>+|10>+|11> |0>+|1>+|2>+|3>

  24. El qubit Quines avantatges té? Un ordinador quàntic amb L qubits pot realitzar 2L operacions a la vegada.

  25. L’ordinador quàntic Requisits 1. Sistema de dos estats identificables 2. Estat inicial en tots els qubits | 0 › 3. Superposició quàntica d’ambos estats | 0 › + | 1 › 4. “Entangelment” entre diferents qubits 5. Mesura de l’estat final • Baixa decoherencia. Temps de càlcul limitat

  26. L’ordinador quàntic Utilitats • Simulació d’altres sistemes quàntics (Feynman). • Cerca en bases de dades (Grobe). OC: N/2 operacions OQ: operacions • Factorització en nombres primers (Shor). Z = x * y Z nombre d’n dígits OC: 3n operacions OQ: n2 operacions Molt important en la criptografia actual (RSA).

  27. L’ordinador quàntic segons el tipus de problemes Resolució Eficient d’un problema: El temps de càlcul éspolinòmic amb la dificultat del problema. Resolució no Eficient d’un problema: Temps de càlcul exponencial. • Problemes dels considerats no eficients poden esdevenir eficientssi es resolen en ordinadors quàntics. • Cerca de nous algorismes quàntics per a problemes no eficients.

  28. Candidats a qubits • Àtoms en cavitats electromagnètiques. • Espíns nuclears mesurats mitjançant ressonància magnètica nuclear. • Estats del moment magnètic dels nuclis. • Prototipus de OQ amb 5 qubits. • Punts quàntics (quantum dots). • Electrons atrapats en pous de potencial entre àtoms. • Anells superconductors (SQUIDs). • Diferents estats del flux magnètic atrapat.

  29. Problemàtica • Decoherència: Fenomen que destrueix les superposicions quàntiques. • S’han de realitzar els càlculs abans que actuï la decoherència. • El fet d’augmentar el nombre de qubits augmenta la decoherència. • Solució: Introduir mecanismes de correcció d’errors. • Escalabilitat: Molts dels candidats mai podran superar el límit de la desena de qubits. • Problemes tecnològics: Al final dels còmputs s’ha de mesurar l’estat d’un objecte de mida nanomètrica.

  30. El qubit magnètic • Partícules magnètiques nanomètriques. • P.e; Mn12 acetat Valors quàntics +m Valors clàssics +m -m |+m>- |-m> -m |+m>+ |-m>

  31. El qubit magnètic El nostre sistema Mesura de l’estat final Entangelment entre diferents qubits

  32. Espectatives • Ordinador quàntic funcional en 20 anys. (Encara hi haurà PTN al pla d’estudis?) • Síntesis de nous materials moleculars per ser millors qubits magnètics. • Desenvolupament de nous algoritmes. • Desenvolupament de noves tecnologies. • Estudi del fenòmen de la decoherència. • Demostració de teoremes matemàtics? • Intel·ligència artificial?

  33. Agraïments Grup de Magnetisme i Baixes Temperatures del Dept. de Física Fonamental Prof. Javier Tejada i Palacios Dr. Joan Manel Hernández Dr. Antoni Garcia-Santiago Roger Amigó Anna Julià Marta Jordi Albert Hernández Jesús Cuadra Antonio Carla

  34. Agraïments Doctorands del 3er Cicle convocants: Arnau Rios Jordi Mur Estudiants de 1er i 2on Cicle convocats: GRÀCIES !!!

More Related