Квантовото изчисление, макар и все още в начален стадий, ще се увеличи значително
Нови изследвания
Интердисциплинарна изследователска група подРъководството на UCLA, включително изследователи от Харвардския университет, разработи революционна нова стратегия за изграждане на квантови компютри. Докато инженерите сега използват вериги, полупроводници и други електротехнически инструменти, екип от учени разработи план, базиран на способността на химиците да проектират атомна сграда блокове. Те контролират свойствата на по-големите молекулни структури, когато се съберат.
Констатациите на изследователите, публикувани в списанието Nature Chemistry, в крайна сметка ще доведат до скок в мощността на квантовата обработка.
Квантови функционални групи от изследователи (ярко оцветени сфери), свързващи се с по-големи молекули.
Изображение: Стивън Съливан
„Идеята е, че вместо да създавамеквантов компютър, който да позволи на химиците да го изградят за нас“, обяснява Ерик Хъдсън, професор по физика в UCLA и автор на изследването. „Ние всички все още учим правилата за този тип квантова технология.“ Сега тази работа е по-скоро като научна фантастика.
Как работят кюбитите?
Основни единици информация в традицв изчислителната техника са битове, всеки от които е ограничен до една от две стойности. За разлика от това, група от квантови битове — или кубити — може да има много по-широк диапазон от стойности, увеличавайки експоненциално изчислителната мощност на компютъра. Това отнема повече от 1000 обикновени, за да представляват само 10 кубита бита, а 20 кубита изискват повече от 1 милион бита.
Тази характеристика, която лежи в основатаТрансформационният потенциал на квантовото изчисление зависи от парадоксалните правила, които се прилагат, когато атомите си взаимодействат. Например, когато две частици взаимодействат, те могат да се свържат или заплитат, така че измерването на свойствата на едната определя свойствата на другата. Заплитането на Qubit е изискване за квантово изчисление.
Какъв е проблемът?
Това преплитане обаче е крехко. Когато кубитите се сблъскат с фини промени в средата си, те губят своята „количественост“, която е необходима за прилагане на квантови алгоритми. Това ограничава най-мощните квантови компютри до по-малко от 100 кубита и изисква твърде много ресурси.
За да приложите квантовите изчисления на практика,инженерите трябва да увеличат своята изчислителна мощност. Авторите на изследването са постигнали напредък по този въпрос: те са създали молекули, които защитават квантовото поведение.
Има решение
Учените са разработили малки молекуликоито включват калциеви и кислородни атоми и действат като кубити.Такива калциево-кислородни структури образуват това, което химиците наричат функционална група. Те могат да бъдат свързани с почти всяка друга молекула и също така да й придадат необичайни свойства.
Отборът показа, че функционализирагрупите поддържат желаната си структура дори когато са прикрепени към много по-големи молекули. Техните химически кубити дори издържат на лазерно охлаждане, ключово изискване за квантовите изчисления.
Накъде води?
Ако асоциираме квантова функционална групас повърхност или някаква дълга молекула, тогава голям брой кубити могат да бъдат контролирани, обясняват авторите на изследването. В допълнение, мащабирането ще бъде много евтино. „Атомът е едно от най-евтините неща във Вселената. Можете да направите колкото искате от тях“, отбелязват учените.
В допълнение, квантово функционаленГрупата ще бъде полезна за фундаментални открития в химията и науките за живота. Например, това ще помогне на учените да научат повече за структурата и функциите на различни молекули и химикали в човешкото тяло.
Също така кубитите могат да се използват катовисокочувствителни измервателни уреди. Основното нещо е да ги защитите, така че да оцелеят в трудни среди: например в биологични системи. Тогава учените ще получат много нова информация за нашия свят.
Въпреки това, развитието на квантов компютърхимическа основа може реалистично да отнеме десетилетия и не е задължително да бъде успешна, заключават учените. Първата стъпка е да свържете кубитите с по-големи молекули, да ги накарате да си взаимодействат като процесори без нежелани сигнали и да ги заплетете, така че да работят като система.
Прочетете още:
Скоро слънчева буря ще удари Земята: материалът лети със скорост от 800 km / s
Учени заснеха странно създание с пипала, което сбъркаха с цвете
Русия напуска МКС: какво ще се случи сега и защо поддръжката на станцията е под заплаха