Kvantu skaitļošana, neskatoties uz to, ka tā joprojām ir sākumstadijā, palielināsies eksponenciāli
Jauns pētījums
Starpdisciplināra pētnieku grupa, ko vada Kalifornijas Universitāte, Losandželosa, ieskaitot Hārvarda universitātes pētniekus, ir izstrādājusi principiāli jaunu stratēģiju kvantu datoru radīšanai. Pagaidām inženieri izmantoShēmas, pusvadītāji un citi elektrotehnikas instrumenti, zinātnieku komanda ir izstrādājusi plānu, kura pamatā ir ķīmiķu spēja projektēt atomu celtniecības blokus.Viņi kontrolē lielāku molekulāro struktūru īpašības, kad tās sanāk kopā.
Pētnieku atklājumi, kas publicēti žurnālā Nature Chemistry, galu galā novedīs pieuz lēcienu kvantu apstrādes jaudā.
Pētnieku kvantu funkcionālās grupas (spilgtas krāsas sfēras), kas savienojas ar lielākām molekulām.
Attēls: Stīvens Salivans
"Ideja ir tāda, ka tā vietā, lai radītukvantu datoru, lai ļautu ķīmiķiem to izveidot mūsu vietā,” skaidro Ēriks Hadsons, UCLA fizikas profesors un pētījuma autors. "Mēs visi joprojām apgūstam noteikumus šāda veida kvantu tehnoloģijai." Tagad šis darbs vairāk līdzinās zinātniskajai fantastikai.
Kā darbojas kubiti?
Informācijas pamatvienības tradicionālajāskaitļošanā ir biti, katrs ierobežots ar vienu no divām vērtībām. Turpretim kvantu bitu grupai jeb kubitiem var būt daudz plašāks vērtību diapazons, kas eksponenciāli palielina datora skaitļošanas jaudu. Tas prasa vairāk nekā 1000 parasto, lai attēlotu tikai 10 kubitus, un 20 kubitiem ir nepieciešams vairāk nekā 1 miljons bitu.
Šī īpašība, kas ir pamatāKvantu skaitļošanas transformācijas potenciāls ir atkarīgs no paradoksālajiem noteikumiem, kas tiek piemēroti, kad atomi mijiedarbojas. Piemēram, divām daļiņām mijiedarbojoties, tās var kļūt saistītas vai sapīties, tā ka, mērot vienas īpašības, tiek noteiktas otras īpašības. Kubitu sapīšanās ir kvantu skaitļošanas prasība.
Kāda ir problēma?
Tomēr šī sapīšanās ir trausla. Kad kubiti saskaras ar smalkām izmaiņām savā vidē, tie zaudē savu "kvantitāti", kas ir nepieciešams kvantu algoritmu ieviešanai. Tādējādi jaudīgākie kvantu datori ir mazāki par 100 kubitiem, un ir nepieciešami pārāk resursi.
Lai praksē ieviestu kvantu skaitļošanu,inženieriem ir jāpalielina sava skaitļošanas jauda. Pētījuma autori ir panākuši progresu šajā jautājumā: viņi ir radījuši molekulas, kas aizsargā kvantu uzvedību.
Ir risinājums
Zinātnieki ir izstrādājuši mazas molekulaskas ietver kalcija un skābekļa atomus un darbojas kā kubiti.Šādas kalcija-skābekļa struktūras veido to, ko ķīmiķi sauc par funkcionālo grupu. Tos var savienot ar gandrīz jebkuru citu molekulu, kā arī piešķirt tai neparastas īpašības.
Komanda parādīja, ka viņu funkcionālsgrupas saglabā vēlamo struktūru pat tad, ja tās ir pievienotas daudz lielākām molekulām. To ķīmiskie kubiti iztur pat lāzera dzesēšanu, kas ir galvenā kvantu skaitļošanas prasība.
Kur tas ved?
Ja saistām kvantu funkcionālo grupuar virsmu vai kādu garu molekulu, tad var kontrolēt lielu skaitu kubitu, skaidro pētījuma autori. Turklāt mērogošana būs ļoti lēta. "Atoms ir viena no lētākajām lietām Visumā. Jūs varat izgatavot no tiem tik daudz, cik vēlaties," atzīmēja zinātnieki.
Turklāt kvantu funkcionālsGrupa noderēs fundamentāliem atklājumiem ķīmijā un dzīvības zinātnēs. Piemēram, tas palīdzēs zinātniekiem uzzināt vairāk par dažādu molekulu un ķīmisko vielu uzbūvi un funkcijām cilvēka organismā.
Arī kubitus var izmantot kāļoti jutīgi mērinstrumenti. Galvenais ir tos aizsargāt, lai tie izdzīvotu sarežģītā vidē: piemēram, bioloģiskās sistēmās. Tad zinātnieki iegūs daudz jaunas informācijas par mūsu pasauli.
Tomēr kvantu datora attīstībaZinātnieki secina, ka ķīmiskā bāze reāli varētu ilgt gadu desmitus un ne vienmēr būt veiksmīga. Pirmais solis ir saistīt kubitus ar lielākām molekulām, likt tiem mijiedarboties kā procesoriem bez nevēlamiem signāliem un sapīties, lai tie darbotos kā sistēma.
Lasīt vairāk:
Drīz Zemi skars saules vētra: materiāls lido ar ātrumu 800 km/s
Zinātnieki nofilmēja dīvainu radījumu ar taustekļiem, kurus viņi sajauca ar ziedu
Krievija pamet SKS: kas tagad notiks un kāpēc stacijas uzturēšana ir apdraudēta