الحوسبة الكمومية ، على الرغم من أنها لا تزال في مهدها ، ستزداد أضعافا مضاعفة
بحث جديد
طور فريق بحثي متعدد التخصصات بقيادة جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ، بما في ذلك باحثون من جامعة هارفارد ، استراتيجية جديدة بشكل أساسي لإنشاء أجهزة الكمبيوتر الكمومية. في الوقت الحالي ، يستخدم المهندسونالدوائر وأشباه الموصلات وأدوات الهندسة الكهربائية الأخرى ، طور فريق من العلماء خطة تعتمد على قدرة الكيميائيين على تصميم لبنات البناء الذري.إنها تتحكم في خصائص الهياكل الجزيئية الأكبر عندما تجتمع معا.
النتائج التي توصل إليها الباحثون ، والتي نشرت في مجلة Nature Chemistry ، ستؤدي في النهاية إلىإلى قفزة في قوة المعالجة الكمية.
مجموعات وظيفية كمومية من الباحثين (كرات ذات ألوان زاهية) تتصل بجزيئات أكبر.
الصورة: ستيفن سوليفان
"الفكرة هي أنه بدلاً من الإبداعيشرح إريك هدسون، أستاذ الفيزياء في جامعة كاليفورنيا ومؤلف الدراسة، الكمبيوتر الكمي للسماح للكيميائيين ببنائه لنا. "ما زلنا جميعًا نتعلم قواعد هذا النوع من تكنولوجيا الكم." والآن أصبح هذا العمل أشبه بالخيال العلمي.
كيف تعمل الكيوبتات؟
الوحدات الأساسية للمعلومات في التقليديةفي الحوسبة هي البتات، كل منها يقتصر على واحدة من قيمتين. وفي المقابل، يمكن لمجموعة من البتات الكمومية - أو الكيوبتات - أن يكون لها نطاق أوسع بكثير من القيم، مما يزيد بشكل كبير من قوة الحوسبة للكمبيوتر. أكثر من 1000 بت كمي عادي يمثل 10 بتات فقط، ويتطلب 20 بتًا أكثر من مليون بت.
هذه الخاصية التي تكمن وراءهاتعتمد الإمكانات التحويلية للحوسبة الكمومية على القواعد المتناقضة التي تنطبق عندما تتفاعل الذرات. على سبيل المثال، عندما يتفاعل جسيمان، يمكن أن يصبحا مرتبطين أو متشابكين، بحيث يؤدي قياس خصائص أحدهما إلى تحديد خصائص الآخر. متطلبات الحوسبة الكمومية.
ما المشكلة؟
ومع ذلك، فإن هذا التشابك هش. عندما تواجه الكيوبتات تغييرات طفيفة في بيئتها، فإنها تفقد "كميتها"، وهو أمر ضروري لتنفيذ خوارزميات الكم. وهذا يحد من أقوى أجهزة الكمبيوتر الكمومية إلى أقل من 100 كيوبت، ويتطلب موارد أيضًا.
لوضع الحوسبة الكمومية موضع التنفيذ،يجب على المهندسين زيادة قدراتهم الحاسوبية. وقد أحرز مؤلفو الدراسة تقدما في هذه المسألة: فقد قاموا بإنشاء جزيئات تحمي السلوك الكمي.
هل هناك حل
لقد طور العلماء جزيئات صغيرةوالتي تشمل ذرات الكالسيوم والأكسجين وتعمل بمثابة كيوبت، وتشكل هياكل الكالسيوم والأكسجين هذه ما يسميه الكيميائيون المجموعة الوظيفية. ويمكن ربطها بأي جزيء آخر تقريبًا، كما أنها تمنحه خصائص غير عادية.
أظهر الفريق أن وظيفتهمتحافظ المجموعات على بنيتها المرغوبة حتى عند ربطها بجزيئات أكبر بكثير. كما أن الكيوبتات الكيميائية الخاصة بها تتحمل التبريد بالليزر، وهو متطلب أساسي للحوسبة الكمومية.
إلى أين يقودنا؟
إذا قمنا بربط مجموعة وظيفية الكمويوضح مؤلفو الدراسة أنه باستخدام سطح أو جزيء طويل، يمكن التحكم في عدد كبير من الكيوبتات. بالإضافة إلى ذلك، فإن القياس سيكون رخيصًا جدًا. "الذرة هي واحدة من أرخص الأشياء في الكون. وأشار العلماء إلى أنه يمكنك صنع العدد الذي تريده.
بالإضافة إلى ذلك، الوظيفية الكموميةستكون المجموعة مفيدة للاكتشافات الأساسية في الكيمياء وعلوم الحياة. على سبيل المثال، سيساعد العلماء على معرفة المزيد عن بنية ووظائف الجزيئات والمواد الكيميائية المختلفة في جسم الإنسان.
أيضًا ، يمكن استخدام الكيوبتات كملفأدوات قياس حساسة للغاية. الشيء الرئيسي هو حمايتهم حتى يتمكنوا من البقاء في البيئات الصعبة: على سبيل المثال ، في الأنظمة البيولوجية. بعد ذلك سيحصل العلماء على الكثير من المعلومات الجديدة حول عالمنا.
ومع ذلك ، فإن تطوير الكمبيوتر الكمومياستنتج العلماء أن الأساس الكيميائي قد يستغرق عقودًا من الناحية الواقعية وليس بالضرورة أن يكون ناجحًا. تتمثل الخطوة الأولى في ربط الكيوبتات بجزيئات أكبر ، وجعلها تتفاعل مثل المعالجات دون إشارات غير مرغوب فيها ، وتشابكها حتى تعمل كنظام.
قراءة المزيد:
قريباً ستضرب عاصفة شمسية الأرض: تطير المادة بسرعة 800 كم / ثانية
صور العلماء مخلوقًا غريبًا له مخالب ، ظنوا خطأ أنه زهرة
روسيا تغادر محطة الفضاء الدولية: ماذا سيحدث الآن ولماذا تتعرض صيانة المحطة للتهديد