L’informatica quantistica, sebbene sia ancora agli inizi, aumenterà notevolmente
Nuova ricerca
Gruppo di ricerca interdisciplinare sottoI vertici dell'UCLA, compresi i ricercatori dell'Università di Harvard, hanno sviluppato una nuova strategia rivoluzionaria per costruire computer quantistici. Mentre gli ingegneri ora utilizzano circuiti, semiconduttori e altri strumenti di ingegneria elettrica, un team di scienziati ha sviluppato un piano basato sulla capacità dei chimici di progettare la costruzione atomica blocchi. Controllano le proprietà delle strutture molecolari più grandi quando si uniscono.
Le scoperte dei ricercatori, pubblicate sulla rivista Nature Chemistry, porteranno infine a un salto di qualità nella potenza di elaborazione quantistica.
Gruppi funzionali quantistici di ricercatori (sfere dai colori vivaci) che si collegano a molecole più grandi.
Immagine: Stephen Sullivan
"L'idea è che invece di crearecomputer quantistico per consentire ai chimici di costruirlo per noi”, spiega Eric Hudson, professore di fisica alla UCLA e autore dello studio. “Stiamo ancora imparando le regole per questo tipo di tecnologia quantistica”. Ora questo lavoro è più simile alla fantascienza.
Come funzionano i qubit?
Unità di base dell'informazione tradizionalenell'informatica sono bit, ciascuno limitato a uno di due valori. Al contrario, un gruppo di bit quantistici, o qubit, può avere una gamma di valori molto più ampia, aumentando esponenzialmente la potenza di calcolo di un computer. Ci vuole di più di 1.000 ordinari per rappresentare solo 10 qubit bit e 20 qubit richiedono più di 1 milione di bit.
Questa caratteristica, che è alla baseIl potenziale di trasformazione dell’informatica quantistica dipende dalle regole paradossali che si applicano quando gli atomi interagiscono: ad esempio, quando due particelle interagiscono, possono rimanere legate o legate, in modo che la misurazione delle proprietà di una determina le proprietà dell’altra. un requisito dell’informatica quantistica.
Qual è il problema?
Tuttavia, questo intreccio è fragile. Quando i qubit incontrano sottili cambiamenti nel loro ambiente, perdono la loro "quantità", necessaria per implementare algoritmi quantistici. Ciò limita i computer quantistici più potenti a meno di 100 qubit e richiede troppe risorse.
Per mettere in pratica il calcolo quantistico,gli ingegneri devono aumentare la loro potenza di calcolo. Gli autori dello studio hanno fatto progressi su questo tema: hanno creato molecole che proteggono il comportamento quantistico.
C'è una soluzione
Gli scienziati hanno sviluppato piccole molecoleche includono atomi di calcio e ossigeno e agiscono come qubit. Tali strutture di calcio-ossigeno formano quello che i chimici chiamano un gruppo funzionale. Possono essere collegati a quasi tutte le altre molecole e conferirle anche proprietà insolite.
La squadra ha dimostrato di essere funzionalei gruppi mantengono la struttura desiderata anche quando sono attaccati a molecole molto più grandi. I loro qubit chimici resistono anche al raffreddamento laser, un requisito fondamentale per l'informatica quantistica.
Dove conduce?
Se associamo un gruppo funzionale quantisticocon una superficie o una molecola lunga è possibile controllare un gran numero di qubit, spiegano gli autori dello studio. Inoltre, il ridimensionamento sarà molto economico. “L’atomo è una delle cose più economiche dell’universo. Puoi realizzarne quanti ne vuoi", hanno osservato gli scienziati.
Inoltre, quantistico-funzionaleIl gruppo sarà utile per scoperte fondamentali nel campo della chimica e delle scienze della vita. Ad esempio, aiuterà gli scienziati a saperne di più sulla struttura e sulle funzioni di varie molecole e sostanze chimiche nel corpo umano.
Inoltre, i qubit possono essere usati comestrumenti di misura ad alta sensibilità. L'importante è proteggerli in modo che sopravvivano in ambienti difficili: ad esempio nei sistemi biologici. Quindi gli scienziati riceveranno molte nuove informazioni sul nostro mondo.
Tuttavia, lo sviluppo di un computer quantisticouna base chimica potrebbe realisticamente richiedere decenni e non necessariamente avere successo, concludono gli scienziati. Il primo passo è legare i qubit a molecole più grandi, farli interagire come processori senza segnali indesiderati e ingarbugliarli in modo che funzionino come un sistema.
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