Kvantedatabehandling, selv om den fortsatt er i sin spede begynnelse, vil øke kraftig
Ny forskning
Tverrfaglig forskningsgruppe underUCLA-ledelse, inkludert forskere fra Harvard University, har utviklet en revolusjonerende ny strategi for å bygge kvantedatamaskiner. Mens ingeniører nå bruker kretser, halvledere og andre elektrotekniske verktøy, har et team av forskere utviklet en plan basert på kjemikernes evne til å designe atombygning. blokker. De kontrollerer egenskapene til større molekylære strukturer når de kommer sammen.
Forskernes funn, publisert i tidsskriftet Nature Chemistry, vil til slutt føre til et sprang i kvanteprosessorkraft.
Kvantefunksjonelle grupper av forskere (sterke kuler) som kobles til større molekyler.
Bilde: Stephen Sullivan
"Ideen er at i stedet for å skapekvantedatamaskin for å la kjemikere bygge den for oss, forklarer Eric Hudson, fysikkprofessor ved UCLA og forfatter av studien. "Vi lærer alle fortsatt reglene for denne typen kvanteteknologi." Nå er dette verket mer som science fiction.»
Hvordan fungerer qubits?
Grunnleggende informasjonsenheter i tradisjonellei databehandling er biter, hver begrenset til én av to verdier. I motsetning til dette kan en gruppe kvantebiter – eller qubits – ha et mye bredere spekter av verdier, noe som øker datakraften til en datamaskin eksponentielt. Det krever mer enn 1000 vanlige for å representere bare 10 qubits biter, og 20 qubits krever mer enn 1 million bits.
Denne egenskapen, som ligger til grunnTransformasjonspotensialet til kvanteberegning avhenger av de paradoksale reglene som gjelder når atomer samhandler. For eksempel, når to partikler samhandler, kan de bli bundet eller viklet sammen, slik at måling av egenskapene til den ene bestemmer egenskapene til den andre. Sammenfiltring av qubits er et krav om kvanteberegning.
Hva er problemet?
Imidlertid er denne forviklingen skjør. Når qubits støter på subtile endringer i miljøet, mister de "kvanteiteten", som er nødvendig for å implementere kvantealgoritmer. Dette begrenser de kraftigste kvantedatamaskinene til færre enn 100 qubits, og krever for ressurser.
For å sette kvanteberegning i praksis,ingeniører må øke sin datakraft. Forfatterne av studien har gjort fremskritt på dette spørsmålet: de har laget molekyler som beskytter kvanteatferd.
Det finnes en løsning
Forskere har utviklet små molekylersom inkluderer kalsium- og oksygenatomer og fungerer som qubits Slike kalsium-oksygenstrukturer danner det kjemikere kaller en funksjonell gruppe. De kan kobles til nesten alle andre molekyler, og gir det også uvanlige egenskaper.
Teamet viste at deres funksjonellegrupper beholder sin ønskede struktur selv når de er knyttet til mye større molekyler. Deres kjemiske qubits tåler til og med laserkjøling, et nøkkelkrav for kvanteberegning.
Hvor fører det hen?
Hvis vi assosierer en kvantefunksjonell gruppemed en overflate eller et eller annet langt molekyl, så kan et stort antall qubits kontrolleres, forklarer studieforfatterne. I tillegg vil skalering være veldig billig. «Atomet er en av de billigste tingene i universet. Du kan lage så mange av dem du vil," bemerket forskerne.
I tillegg kvante funksjonellGruppen vil være nyttig for grunnleggende funn innen kjemi og livsvitenskap. For eksempel vil det hjelpe forskere å lære mer om strukturen og funksjonene til ulike molekyler og kjemikalier i menneskekroppen.
Qubits kan også brukes somsvært følsomme måleinstrumenter. Det viktigste er å beskytte dem slik at de overlever i vanskelige miljøer: for eksempel i biologiske systemer. Da vil forskerne få mye ny informasjon om vår verden.
Imidlertid utviklingen av en kvantedatamaskinet kjemisk grunnlag kan realistisk ta flere tiår og ikke nødvendigvis være vellykket, konkluderer forskerne. Det første trinnet er å binde qubitene til større molekyler, få dem til å samhandle som prosessorer uten uønskede signaler, og vikle dem inn slik at de fungerer som et system.
Les mer:
Snart vil en solstorm treffe jorden: materialet flyr med en hastighet på 800 km/s
Forskere filmet en merkelig skapning med tentakler, som de trodde var en blomst
Russland forlater ISS: hva vil skje nå og hvorfor vedlikeholdet av stasjonen er truet