Οι κβαντικοί υπολογιστές, αν και βρίσκονται ακόμη σε αρχικό στάδιο, θα αυξηθούν σημαντικά
Νέα έρευνα
Διεπιστημονική ερευνητική ομάδα υπόΗ ηγεσία του UCLA, συμπεριλαμβανομένων των ερευνητών του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ, έχει αναπτύξει μια επαναστατική νέα στρατηγική για την κατασκευή κβαντικών υπολογιστών Ενώ οι μηχανικοί χρησιμοποιούν πλέον κυκλώματα, ημιαγωγούς και άλλα εργαλεία ηλεκτρικής μηχανικής, μια ομάδα επιστημόνων έχει αναπτύξει ένα σχέδιο που βασίζεται στην ικανότητα των χημικών να σχεδιάζουν ατομικά κτίρια. μπλοκ. Ελέγχουν τις ιδιότητες μεγαλύτερων μοριακών δομών όταν ενώνονται.
Τα ευρήματα των ερευνητών, που δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Nature Chemistry, θα οδηγήσουν τελικά σε ένα άλμα στην κβαντική επεξεργαστική ισχύ.
Κβαντικές λειτουργικές ομάδες ερευνητών (σφαίρες με έντονα χρώματα) που συνδέονται με μεγαλύτερα μόρια.
Εικόνα: Stephen Sullivan
«Η ιδέα είναι ότι αντί να δημιουργείκβαντικός υπολογιστής για να επιτρέψει στους χημικούς να τον κατασκευάσουν για εμάς», εξηγεί ο Έρικ Χάντσον, καθηγητής φυσικής στο UCLA και συγγραφέας της μελέτης. «Όλοι εξακολουθούμε να μαθαίνουμε τους κανόνες για αυτόν τον τύπο κβαντικής τεχνολογίας». Τώρα αυτό το έργο μοιάζει περισσότερο με επιστημονική φαντασία».
Πώς λειτουργούν τα qubits;
Βασικές ενότητες πληροφοριών στα παραδοσιακάστους υπολογιστές είναι bit, το καθένα περιορίζεται σε μία από τις δύο τιμές. Αντίθετα, μια ομάδα κβαντικών bit —ή qubits— μπορεί να έχει πολύ μεγαλύτερο εύρος τιμών, αυξάνοντας εκθετικά την υπολογιστική ισχύ ενός υπολογιστή. Χρειάζεται περισσότερο από 1.000 συνηθισμένα για να αντιπροσωπεύουν μόνο 10 bit qubit και 20 qubit απαιτούν περισσότερα από 1 εκατομμύριο bit.
Αυτό το χαρακτηριστικό, που υποβόσκειΤο μετασχηματιστικό δυναμικό του κβαντικού υπολογισμού εξαρτάται από τους παράδοξους κανόνες που ισχύουν όταν τα άτομα αλληλεπιδρούν, μπορούν να δεσμευτούν ή να εμπλακούν, έτσι ώστε η μέτρηση των ιδιοτήτων του ενός να καθορίζει τις ιδιότητες του άλλου απαίτηση κβαντικού υπολογισμού.
Ποιο είναι το πρόβλημα?
Ωστόσο, αυτή η εμπλοκή είναι εύθραυστη. Όταν τα qubits αντιμετωπίζουν ανεπαίσθητες αλλαγές στο περιβάλλον τους, χάνουν την "ποσότητα" τους, η οποία είναι απαραίτητη για την εφαρμογή κβαντικών αλγορίθμων. Αυτό περιορίζει τους πιο ισχυρούς κβαντικούς υπολογιστές σε λιγότερα από 100 qubits και απαιτεί υπερβολικούς πόρους.
Για να κάνουμε πράξη τον κβαντικό υπολογισμό,Οι μηχανικοί πρέπει να αυξήσουν την υπολογιστική τους ισχύ. Οι συγγραφείς της μελέτης έχουν σημειώσει πρόοδο σε αυτό το θέμα: έχουν δημιουργήσει μόρια που προστατεύουν την κβαντική συμπεριφορά.
Υπάρχει λύση
Οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει μικρά μόριαπου περιλαμβάνουν άτομα ασβεστίου και οξυγόνου και δρουν ως qubits Τέτοιες δομές ασβεστίου-οξυγόνου σχηματίζουν αυτό που οι χημικοί ονομάζουν λειτουργική ομάδα. Μπορούν να συνδεθούν με σχεδόν οποιοδήποτε άλλο μόριο και επίσης να του προσδώσουν ασυνήθιστες ιδιότητες.
Η ομάδα έδειξε ότι λειτουργείΟι ομάδες διατηρούν την επιθυμητή δομή τους ακόμη και όταν συνδέονται με πολύ μεγαλύτερα μόρια. Τα χημικά τους qubits αντέχουν ακόμη και στην ψύξη με λέιζερ, μια βασική απαίτηση για τους κβαντικούς υπολογιστές.
Πού οδηγεί;
Αν συσχετίσουμε μια κβαντική λειτουργική ομάδαμε μια επιφάνεια ή κάποιο μακρύ μόριο, τότε ένας μεγάλος αριθμός qubits μπορεί να ελεγχθεί, εξηγούν οι συγγραφείς της μελέτης. Επιπλέον, η κλιμάκωση θα είναι πολύ φθηνή. «Το άτομο είναι ένα από τα φθηνότερα πράγματα στο σύμπαν. Μπορείτε να φτιάξετε όσα από αυτά θέλετε», σημείωσαν οι επιστήμονες.
Επιπλέον, κβαντική λειτουργικήΗ ομάδα θα είναι χρήσιμη για θεμελιώδεις ανακαλύψεις στη χημεία και τις βιοεπιστήμες. Για παράδειγμα, θα βοηθήσει τους επιστήμονες να μάθουν περισσότερα για τη δομή και τις λειτουργίες διαφόρων μορίων και χημικών ουσιών στο ανθρώπινο σώμα.
Επίσης, τα qubits μπορούν να χρησιμοποιηθούν ωςόργανα μέτρησης υψηλής ευαισθησίας. Το κύριο πράγμα είναι να τα προστατέψουμε ώστε να επιβιώσουν σε δύσκολα περιβάλλοντα: για παράδειγμα, σε βιολογικά συστήματα. Τότε οι επιστήμονες θα λάβουν πολλές νέες πληροφορίες για τον κόσμο μας.
Ωστόσο, η ανάπτυξη ενός κβαντικού υπολογιστήΜια χημική βάση θα μπορούσε ρεαλιστικά να διαρκέσει δεκαετίες και όχι απαραίτητα να είναι επιτυχής, καταλήγουν οι επιστήμονες. Το πρώτο βήμα είναι να δεσμεύσουμε τα qubits σε μεγαλύτερα μόρια, να τα κάνουμε να αλληλεπιδρούν σαν επεξεργαστές χωρίς ανεπιθύμητα σήματα και να τα εμπλέκουμε έτσι ώστε να λειτουργούν ως σύστημα.
Διαβάστε περισσότερα:
Σύντομα μια ηλιακή καταιγίδα θα χτυπήσει τη Γη: το υλικό πετά με ταχύτητα 800 km / s
Οι επιστήμονες κινηματογράφησαν ένα παράξενο πλάσμα με πλοκάμια, το οποίο παρεξήγησαν με λουλούδι
Η Ρωσία εγκαταλείπει τον ISS: τι θα συμβεί τώρα και γιατί απειλείται η συντήρηση του σταθμού