Kvantedatabehandling vil, selvom den stadig er i sin vorden, stige kraftigt
Ny forskning
Tværfaglig forskningsgruppe underUCLA's ledelse, herunder forskere fra Harvard University, har udviklet en revolutionerende ny strategi til at bygge kvantecomputere Mens ingeniører nu bruger kredsløb, halvledere og andre elektriske tekniske værktøjer, har et team af videnskabsmænd udviklet en plan baseret på kemikeres evne til at designe atombygning. blokke. De kontrollerer egenskaberne af større molekylære strukturer, når de kommer sammen.
Forskernes resultater, offentliggjort i tidsskriftet Nature Chemistry, vil i sidste ende føre til et spring i kvantebearbejdningskraft.
Kvantefunktionelle grupper af forskere (stærkt farvede kugler), der forbinder sig med større molekyler.
Billede: Stephen Sullivan
”Ideen er, at i stedet for at skabekvantecomputer for at give kemikere mulighed for at bygge den for os,” forklarer Eric Hudson, fysikprofessor ved UCLA og forfatter til undersøgelsen. "Vi lærer alle stadig reglerne for denne type kvanteteknologi." Nu er dette værk mere som science fiction."
Hvordan virker qubits?
Grundlæggende informationsenheder i traditionellei computing er bits, hver begrænset til en af to værdier. I modsætning hertil kan en gruppe kvantebits – eller qubits – have et meget bredere interval af værdier, hvilket eksponentielt øger en computers regnekraft. Det kræver mere end 1.000 almindelige til at repræsentere blot 10 qubits bits, og 20 qubits kræver mere end 1 million bits.
Denne egenskab, som ligger til grund forTransformationspotentialet ved kvanteberegning afhænger af de paradoksale regler, der gælder, når atomer interagerer, kan de for eksempel blive bundet eller sammenfiltret, så måling af egenskaberne for den ene bestemmer den andens egenskaber krav om kvanteberegning.
Hvad er problemet?
Denne sammenfiltring er imidlertid skrøbelig. Når qubits støder på subtile ændringer i deres miljø, mister de deres "kvantumitet", hvilket er nødvendigt for at implementere kvantealgoritmer. Dette begrænser de kraftigste kvantecomputere til mindre end 100 qubits og kræver alt for ressourcer.
For at omsætte kvanteberegning i praksis,ingeniører skal øge deres computerkraft. Undersøgelsens forfattere har gjort fremskridt med dette spørgsmål: de har skabt molekyler, der beskytter kvanteadfærd.
Der er en løsning
Forskere har udviklet små molekylersom omfatter calcium- og oxygenatomer og fungerer som qubits. Sådanne calcium-ilt-strukturer danner, hvad kemikere kalder en funktionel gruppe. De kan forbindes med næsten ethvert andet molekyle og giver det også usædvanlige egenskaber.
Holdet viste, at deres funktionellegrupper bevarer deres ønskede struktur, selv når de er knyttet til meget større molekyler. Deres kemiske qubits modstår endda laserkøling, et nøglekrav til kvanteberegning.
Hvor fører det hen?
Hvis vi forbinder en kvantefunktionel gruppemed en overflade eller et eller andet langt molekyle, så kan et stort antal qubits styres, forklarer studieforfatterne. Derudover vil skalering være meget billig. "Atomet er en af de billigste ting i universet. Du kan lave så mange af dem, som du vil," bemærkede forskerne.
Derudover kvante funktionelGruppen vil være nyttig til grundlæggende opdagelser inden for kemi og biovidenskab. For eksempel vil det hjælpe forskere med at lære mere om strukturen og funktionerne af forskellige molekyler og kemikalier i den menneskelige krop.
Qubits kan også bruges sommeget følsomme måleinstrumenter. Det vigtigste er at beskytte dem, så de overlever i vanskelige miljøer: for eksempel i biologiske systemer. Så vil forskerne få en masse ny information om vores verden.
Dog udviklingen af en kvantecomputeret kemisk grundlag kunne realistisk tage årtier og ikke nødvendigvis være en succes, konkluderer forskerne. Det første skridt er at binde qubits til større molekyler, få dem til at interagere som processorer uden uønskede signaler og vikle dem ind, så de fungerer som et system.
Læs mere:
Snart vil en solstorm ramme Jorden: materialet flyver med en hastighed på 800 km/s
Forskere filmede et mærkeligt væsen med fangarme, som de forvekslede med en blomst
Rusland forlader ISS: Hvad vil der ske nu, og hvorfor vedligeholdelsen af stationen er truet