Vaikka kvanttilaskenta on vielä lapsenkengissään, se lisääntyy huomattavasti
Uusi tutkimus
Monitieteinen tutkimusryhmä allaUCLA:n johto, mukaan lukien Harvardin yliopiston tutkijat, on kehittänyt vallankumouksellisen uuden strategian kvanttitietokoneiden rakentamiseen. Vaikka insinöörit käyttävät nykyään piirejä, puolijohteita ja muita sähköteknisiä työkaluja, tutkijaryhmä on kehittänyt suunnitelman, joka perustuu kemistien kykyyn suunnitella atomirakennusta. lohkot. Ne hallitsevat suurempien molekyylirakenteiden ominaisuuksia, kun ne tulevat yhteen.
Nature Chemistry -lehdessä julkaistut tutkijoiden havainnot johtavat lopulta kvanttikäsittelytehon harppaukseen.
Tutkijoiden kvanttifunktionaaliset ryhmät (kirkkaanväriset pallot), jotka yhdistyvät suurempiin molekyyleihin.
Kuva: Stephen Sullivan
"Ajatuksena on, että luomisen sijaankvanttitietokone, jotta kemistit voivat rakentaa sen meille", selittää Eric Hudson, UCLA:n fysiikan professori ja tutkimuksen kirjoittaja. "Me kaikki opettelemme edelleen tämäntyyppisen kvanttiteknologian sääntöjä." Nyt tämä teos on enemmän kuin tieteiskirjallisuutta."
Miten qubitit toimivat?
Tietojen perusyksiköt perinteisessälaskennassa ovat bittejä, joista jokainen on rajoitettu yhteen kahdesta arvosta. Kvanttibittien ryhmällä – tai kubiteilla – voi sitä vastoin olla paljon laajempi arvoalue, mikä lisää eksponentiaalisesti tietokoneen laskentatehoa. Vain 10 kubitin edustamiseen tarvitaan yli 1 000 tavallista bittiä, ja 20 kubittia vaativat yli miljoonan bitin.
Tämä ominaisuus, joka on taustallaKvanttilaskennan transformatiivisuus riippuu paradoksaalisista säännöistä, joita sovelletaan atomien vuorovaikutuksessa. Esimerkiksi kun kaksi hiukkasta ovat vuorovaikutuksessa, ne voivat sitoutua tai sotkeutua niin, että toisen ominaisuuksien mittaaminen määrittää toisen kubittien kietoutumisen kvanttilaskennan vaatimus.
Mikä on ongelma?
Tämä sotku on kuitenkin hauras. Kun kubitit kohtaavat hienovaraisia muutoksia ympäristössään, ne menettävät "kvantiteettinsa", joka on välttämätöntä kvanttialgoritmien toteuttamiseksi. Tämä rajoittaa tehokkaimmat kvanttitietokoneet alle 100 kubittiin ja vaatii liikaa resursseja.
Kvanttilaskentaa käytännössäinsinöörien on lisättävä laskentatehoaan. Tutkimuksen tekijät ovat edistyneet tässä asiassa: he ovat luoneet molekyylejä, jotka suojaavat kvanttikäyttäytymistä.
On olemassa ratkaisu
Tiedemiehet ovat kehittäneet pieniä molekyylejäjotka sisältävät kalsium- ja happiatomeja ja toimivat kubitteina. Tällaiset kalsium-happirakenteet muodostavat sen, mitä kemistit kutsuvat toiminnalliseksi ryhmäksi. Ne voidaan yhdistää melkein mihin tahansa muuhun molekyyliin ja antaa sille myös epätavallisia ominaisuuksia.
Tiimi osoitti, että niiden toimiviaryhmät säilyttävät halutun rakenteensa myös kiinnittyessään paljon suurempiin molekyyleihin. Niiden kemialliset kubitit kestävät jopa laserjäähdytyksen, mikä on kvanttilaskennan keskeinen vaatimus.
Minne se johtaa?
Jos yhdistämme kvanttifunktionaalisen ryhmänpinnalla tai jollakin pitkällä molekyylillä, niin suuri määrä kubitteja voidaan hallita, tutkimuksen tekijät selittävät. Lisäksi skaalaus tulee olemaan erittäin halpaa. "Atomi on yksi maailmankaikkeuden halvimmista asioista. Voit tehdä niitä niin monta kuin haluat, tutkijat huomauttivat.
Lisäksi kvanttitoiminnallinenRyhmästä on hyötyä kemian ja biotieteiden perustavanlaatuisissa löytöissä. Se esimerkiksi auttaa tutkijoita oppimaan lisää erilaisten molekyylien ja kemikaalien rakenteesta ja toiminnasta ihmiskehossa.
Myös kubitteja voidaan käyttääerittäin herkät mittauslaitteet. Tärkeintä on suojella niitä, jotta ne selviävät vaikeissa ympäristöissä: esimerkiksi biologisissa järjestelmissä. Sitten tiedemiehet saavat paljon uutta tietoa maailmastamme.
Kuitenkin kvanttitietokoneen kehityskemiallinen perusta voi realistisesti viedä vuosikymmeniä eikä välttämättä onnistu, tutkijat päättelevät. Ensimmäinen askel on sitoa kubitit suurempiin molekyyleihin, saada ne vuorovaikutukseen kuten prosessorit ilman ei-toivottuja signaaleja ja sotkeutua yhteen niin, että ne toimivat järjestelmänä.
Lue lisää:
Pian aurinkomyrsky iskee maahan: materiaali lentää 800 km/s nopeudella
Tiedemiehet kuvasivat oudon olennon lonkeroilla, joita he luulivat kukaksi
Venäjä jättää ISS:n: mitä tapahtuu nyt ja miksi aseman ylläpito on uhattuna