"זהו מדע בדיוני": מדענים יוצרים סוג חדש ביסודו של מחשבים קוונטיים

המחשוב הקוונטי, למרות שעדיין בחיתוליו, יגדל מאוד

כוח מחשוב של מחשבים עקבניצול ההתנהגות המוזרה של חלקיקים בקנה מידה זעיר. כמה קבוצות מחקר כבר מדווחות על ביצוע חישובים שייקח למחשב-על מסורתי אלפי שנים להשלמתם. בטווח הארוך, מחשבים קוונטיים יספקו הצפנה בלתי ניתנת לשבירה וסימולציות של הטבע מעבר היכולות של היום.

מחקר חדש

קבוצת מחקר בין-תחומית תחתהנהגת UCLA, כולל חוקרי אוניברסיטת הרווארד, פיתחה אסטרטגיה חדשה ומהפכנית לבניית מחשבים קוונטיים בעוד שהמהנדסים משתמשים כעת במעגלים, מוליכים למחצה וכלים אחרים להנדסת חשמל, צוות מדענים פיתח תוכנית המבוססת על יכולתם של כימאים לתכנן בניין אטומי. בלוקים. הם שולטים במאפיינים של מבנים מולקולריים גדולים יותר כאשר הם מתאחדים.

ממצאי החוקרים, שפורסמו בכתב העת Nature Chemistry, יובילו בסופו של דבר לזינוק בכוח העיבוד הקוונטי.

קבוצות פונקציונליות קוונטיות של חוקרים (כדורים בצבעים עזים) המתחברות למולקולות גדולות יותר. 
תמונה: סטיבן סאליבן

"הרעיון הוא שבמקום ליצורמחשב קוונטי כדי לאפשר לכימאים לבנות אותו עבורנו", מסביר אריק הדסון, פרופסור לפיזיקה ב-UCLA ומחבר המחקר. "כולנו עדיין לומדים את הכללים עבור סוג זה של טכנולוגיה קוונטית." עכשיו העבודה הזו דומה יותר למדע בדיוני."

איך קיוביטים עובדים?

יחידות בסיסיות של מידע במסורתיבמחשוב יש ביטים, שכל אחד מהם מוגבל לאחד משני ערכים. לעומת זאת, לקבוצה של סיביות קוונטיות - או קיוביטים - יכולות להיות מגוון רחב הרבה יותר של ערכים, מה שמגדיל באופן אקספוננציאלי את כוח המחשוב של מחשב.  נדרשים יותר מ-1,000 סיביות רגילות כדי לייצג רק 10 סיביות קיוביטים, ו-20 קיוביטים דורשים יותר ממיליון סיביות.

מאפיין זה, העומד בבסיספוטנציאל הטרנספורמציה של מחשוב קוונטי תלוי בכללים הפרדוקסליים החלים כאשר אטומים מקיימים אינטראקציה, הם יכולים להסתבך או להסתבך, כך שמדידת המאפיינים של אחד קובעת את תכונותיו של השני דרישה של מחשוב קוונטי.

מה הבעיה?

עם זאת, הסתבכות זו שברירית. כאשר קיוביטים נתקלים בשינויים עדינים בסביבתם, הם מאבדים את ה"קוונטיות" שלהם, אשר נחוצה ליישום אלגוריתמים קוונטיים. זה מגביל את המחשבים הקוונטיים החזקים ביותר לפחות מ-100 קיוביטים, ודורש משאבים מדי.

כדי ליישם את המחשוב הקוונטי,מהנדסים חייבים להגביר את כוח המחשוב שלהם. מחברי המחקר התקדמו בנושא זה: הם יצרו מולקולות המגנות על התנהגות קוונטית.

יש פתרון

מדענים פיתחו מולקולות קטנותשכוללים אטומי סידן וחמצן ופועלים כקיוביטים כאלה יוצרים את מה שכימאים מכנים קבוצה פונקציונלית. הם יכולים להיות מחוברים כמעט לכל מולקולה אחרת, וגם לתת לה תכונות יוצאות דופן.

הצוות הראה שהם מתפקדיםקבוצות שומרות על המבנה הרצוי שלהן גם כשהן מחוברות למולקולות גדולות בהרבה. הקווביטים הכימיים שלהן אפילו עומדים בקירור לייזר, דרישת מפתח למחשוב קוונטי.

לאן זה מוביל?

אם נשייך קבוצה פונקציונלית קוונטיתעם משטח או מולקולה ארוכה כלשהי, אז ניתן לשלוט במספר רב של קיוביטים, מסבירים מחברי המחקר. בנוסף, קנה המידה יהיה זול מאוד. "האטום הוא אחד הדברים הזולים ביותר ביקום. אתה יכול לעשות כמה מהם שאתה רוצה", ציינו המדענים.

בנוסף, קוונטי פונקציונליהקבוצה תהיה שימושית לגילויים בסיסיים בכימיה ובמדעי החיים. לדוגמה, זה יעזור למדענים ללמוד יותר על המבנה והתפקודים של מולקולות וכימיקלים שונים בגוף האדם.

כמו כן, ניתן להשתמש בקיוביטים בתורמכשירי מדידה רגישים במיוחד. העיקר להגן עליהם כדי שישרדו בסביבות קשות: למשל במערכות ביולוגיות. אז מדענים יקבלו הרבה מידע חדש על העולם שלנו.

עם זאת, פיתוח של מחשב קוונטיבסיס כימי יכול להימשך באופן ריאלי עשרות שנים ולא בהכרח להצליח, מסכמים המדענים. הצעד הראשון הוא לקשור את הקיוביטים למולקולות גדולות יותר, לגרום להם לקיים אינטראקציה כמו מעבדים ללא אותות לא רצויים, ולסבך אותם כך שיעבדו כמערכת.

קרא עוד:

בקרוב סופת שמש תפגע בכדור הארץ: החומר עף במהירות של 800 קמ"ש

מדענים צילמו יצור מוזר עם מחושים, שלדעתם הם פרח

רוסיה עוזבת את ISS: מה יקרה עכשיו ומדוע תחזוקת התחנה מאוימת