Quantum computing zal, ook al staat het nog in de kinderschoenen, enorm toenemen
Nieuw onderzoek
Interdisciplinaire onderzoeksgroep onderDe leiding van UCLA, waaronder onderzoekers van de Harvard University, heeft een revolutionaire nieuwe strategie ontwikkeld voor het bouwen van kwantumcomputers Terwijl ingenieurs nu circuits, halfgeleiders en andere elektrotechnische hulpmiddelen gebruiken, heeft een team van wetenschappers een plan ontwikkeld dat is gebaseerd op het vermogen van scheikundigen om atomaire constructies te ontwerpen. blokken. Ze controleren de eigenschappen van grotere moleculaire structuren wanneer ze samenkomen.
De bevindingen van de onderzoekers, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Chemistry, zullen uiteindelijk leiden tot een sprong in de kwantumverwerkingskracht.
Kwantumfunctionele groepen onderzoekers (felgekleurde bollen) die verbinding maken met grotere moleculen.
Afbeelding: Stephen Sullivan
"Het idee is dat in plaats van creërenkwantumcomputer zodat scheikundigen deze voor ons kunnen bouwen”, legt Eric Hudson uit, hoogleraar natuurkunde aan de UCLA en auteur van het onderzoek. “We leren allemaal nog steeds de regels voor dit soort kwantumtechnologie.” Nu lijkt dit werk meer op science fiction.”
Hoe werken qubits?
Basiseenheden van informatie in traditioneelin computergebruik zijn bits, die elk beperkt zijn tot één van twee waarden. Een groep kwantumbits (of qubits) kan daarentegen een veel breder bereik aan waarden hebben, waardoor de rekenkracht van een computer exponentieel toeneemt. Er zijn meer dan 1.000 gewone qubits nodig om slechts 10 qubits-bits te vertegenwoordigen, en voor 20 qubits zijn meer dan 1 miljoen bits nodig.
Dit kenmerk, dat ten grondslag ligtHet transformationele potentieel van quantum computing hangt af van de paradoxale regels die van toepassing zijn wanneer atomen met elkaar interacteren. Wanneer twee deeltjes met elkaar in wisselwerking staan, kunnen ze gebonden of verstrengeld raken, zodat het meten van de eigenschappen van de ene de eigenschappen van de andere bepaalt een vereiste voor kwantumcomputers.
Wat is het probleem?
Deze verstrengeling is echter kwetsbaar. Wanneer qubits subtiele veranderingen in hun omgeving tegenkomen, verliezen ze hun ‘kwantumiteit’, wat nodig is om kwantumalgoritmen te implementeren. Dit beperkt de krachtigste kwantumcomputers tot minder dan 100 qubits, en vereist te veel middelen.
Om quantumcomputers in de praktijk te brengen,ingenieurs moeten hun rekenkracht vergroten. De auteurs van het onderzoek hebben vooruitgang geboekt op dit gebied: ze hebben moleculen gemaakt die kwantumgedrag beschermen.
Er is een oplossing
Wetenschappers hebben kleine moleculen ontwikkelddie calcium- en zuurstofatomen omvatten en fungeren als qubits. Dergelijke calcium-zuurstofstructuren vormen wat scheikundigen een functionele groep noemen. Ze kunnen met vrijwel elk ander molecuul worden verbonden en er ook ongebruikelijke eigenschappen aan geven.
Het team liet zien dat hun functionelegroepen behouden hun gewenste structuur, zelfs als ze aan veel grotere moleculen zijn gehecht. Hun chemische qubits zijn zelfs bestand tegen laserkoeling, een belangrijke vereiste voor kwantumcomputers.
Waar leidt het toe?
Als we een kwantumfunctionele groep associërenmet een oppervlak of een lang molecuul kan een groot aantal qubits worden gecontroleerd, leggen de auteurs van het onderzoek uit. Bovendien zal schaalvergroting zeer goedkoop zijn. “Het atoom is een van de goedkoopste dingen in het universum. Je kunt er zoveel maken als je wilt”, merkten de wetenschappers op.
Bovendien kwantumfunctioneelDe groep zal nuttig zijn voor fundamentele ontdekkingen in de chemie en levenswetenschappen. Het zal wetenschappers bijvoorbeeld helpen meer te leren over de structuur en functies van verschillende moleculen en chemicaliën in het menselijk lichaam.
Ook kunnen qubits worden gebruikt alszeer gevoelige meetinstrumenten. Het belangrijkste is om ze te beschermen zodat ze overleven in moeilijke omgevingen: bijvoorbeeld in biologische systemen. Dan krijgen wetenschappers veel nieuwe informatie over onze wereld.
Echter, de ontwikkeling van een kwantumcomputereen chemische basis zou realistisch gezien tientallen jaren kunnen duren en niet noodzakelijk succesvol zijn, concluderen de wetenschappers. De eerste stap is om de qubits aan grotere moleculen te binden, ze als processors te laten interageren zonder ongewenste signalen, en ze te verstrengelen zodat ze als een systeem werken.
Lees verder:
Binnenkort treft een zonnestorm de aarde: het materiaal vliegt met een snelheid van 800 km/s
Wetenschappers filmden een vreemd wezen met tentakels, die ze aanzagen voor een bloem
Rusland verlaat het ISS: wat gaat er nu gebeuren en waarom wordt het onderhoud van het station bedreigd