A kvantumszámítás, bár még gyerekcipőben jár, nagymértékben növekedni fog
Új kutatás
alatti interdiszciplináris kutatócsoportA UCLA vezetése, köztük a Harvard Egyetem kutatói, forradalmian új stratégiát dolgoztak ki a kvantumszámítógépek építésére. Míg a mérnökök jelenleg áramköröket, félvezetőket és más elektrotechnikai eszközöket használnak, egy tudóscsoport a vegyészek atomépítési képességén alapuló tervet dolgozott ki. blokkok. Ezek szabályozzák a nagyobb molekulaszerkezetek tulajdonságait, amikor összeérnek.
A kutatók eredményei, amelyeket a Nature Chemistry folyóiratban tettek közzé, végső soron a kvantumfeldolgozási teljesítmény megugrásához vezetnek.
Kutatók kvantumfunkcionális csoportjai (élénk színű gömbök), amelyek nagyobb molekulákhoz kapcsolódnak.
Kép: Stephen Sullivan
„Az ötlet az, hogy teremtés helyettkvantumszámítógépet, hogy a vegyészek megépíthessék azt nekünk” – magyarázza Eric Hudson, a UCLA fizikaprofesszora és a tanulmány szerzője. "Mindannyian még tanuljuk az ilyen típusú kvantumtechnológiára vonatkozó szabályokat." Most ez a munka inkább tudományos-fantasztikus irodalomhoz hasonlít."
Hogyan működnek a qubitek?
Információs alapegységek a hagyományosbana számítástechnikában bitek, amelyek mindegyike két érték valamelyikére korlátozódik. Ezzel szemben a kvantumbitek csoportja – vagy qubitek – sokkal szélesebb értéktartományt tartalmazhat, ami exponenciálisan növeli a számítógép számítási teljesítményét. Több mint 1000 közönséges bitre van szükség ahhoz, hogy mindössze 10 qubitet képviseljen, és 20 qubithez több mint 1 millió bit szükséges.
Ez a jellemző, amely mögöttA kvantumszámítás transzformációs lehetőségei az atomok kölcsönhatása során érvényesülő paradox szabályoktól függenek. Például, amikor két részecske kölcsönhatásba lép, összefonódhatnak vagy összegabalyodhatnak, így az egyik tulajdonságainak mérése meghatározza a qubitek összefonódását a kvantumszámítás követelménye.
Mi a probléma?
Ez az összefonódás azonban törékeny. Amikor a qubitek finom változásokkal szembesülnek a környezetükben, elveszítik „kvantumukat”, ami a kvantumalgoritmusok megvalósításához szükséges. Ez a legerősebb kvantumszámítógépeket 100 qubitnél kevesebbre korlátozza, és túl sok erőforrást igényel.
A kvantumszámítás gyakorlatba ültetéséhez,a mérnököknek növelniük kell számítási teljesítményüket. A tanulmány szerzői előrehaladást értek el ebben a kérdésben: olyan molekulákat hoztak létre, amelyek védik a kvantumviselkedést.
Van megoldás
A tudósok kis molekulákat fejlesztettek kiamelyek kalcium- és oxigénatomokat tartalmaznak, és kubitként működnek. Szinte bármilyen más molekulához kapcsolódhatnak, és szokatlan tulajdonságokat is adnak neki.
A csapat megmutatta, hogy működőképescsoportok megőrzik a kívánt szerkezetüket, még akkor is, ha sokkal nagyobb molekulákhoz kapcsolódnak. Kémiai qubitjeik még a lézeres hűtést is kibírják, ami a kvantumszámítás alapvető követelménye.
Hová vezet?
Ha kvantumfunkcionális csoportot társítunkfelülettel vagy valamilyen hosszú molekulával, akkor nagyszámú qubit irányítható – magyarázzák a tanulmány szerzői. Ráadásul a méretezés nagyon olcsó lesz. „Az atom az egyik legolcsóbb dolog a világegyetemben. Annyit készíthet belőlük, amennyit csak akar” – jegyezték meg a tudósok.
Ráadásul kvantum funkcionálisA csoport hasznos lesz a kémia és az élettudományok alapvető felfedezéseihez. Például segít a tudósoknak többet megtudni az emberi szervezetben található különböző molekulák és vegyi anyagok szerkezetéről és funkcióiról.
A qubitek is használhatókrendkívül érzékeny mérőműszerek. A legfontosabb az, hogy megvédjük őket, hogy túléljenek nehéz környezetben: például biológiai rendszerekben. Akkor a tudósok sok új információhoz jutnak világunkról.
A kvantumszámítógép fejlesztése azonbanA kémiai alap reálisan akár évtizedekig is eltarthat, és nem feltétlenül lesz sikeres – állapítják meg a tudósok. Az első lépés az, hogy a qubiteket nagyobb molekulákhoz kötjük, nem kívánt jelek nélkül, processzorokhoz hasonlóan interakcióba hozzuk őket, majd összefonjuk őket, hogy rendszerként működjenek.
Olvass tovább:
Hamarosan napvihar éri a Földet: az anyag 800 km/s sebességgel repül
A tudósok egy furcsa lényt filmeztek le csápokkal, amelyeket virágnak tévesztettek
Oroszország elhagyja az ISS-t: mi lesz most, és miért van veszélyben az állomás karbantartása