Obliczenia kwantowe, choć wciąż w powijakach, znacznie się rozwiną
Nowe badania
Interdyscyplinarna grupa badawcza pod kierunkiemKierownictwo UCLA, w tym badacze z Uniwersytetu Harvarda, opracowali nową, rewolucyjną strategię budowy komputerów kwantowych. Podczas gdy inżynierowie używają obecnie obwodów, półprzewodników i innych narzędzi elektrotechniki, zespół naukowców opracował plan oparty na zdolności chemików do projektowania budowy atomów Bloki. Kontrolują właściwości większych struktur molekularnych, gdy się łączą.
Odkrycia naukowców, opublikowane w czasopiśmie Nature Chemistry, ostatecznie doprowadzą do skoku w mocy przetwarzania kwantowego.
Kwantowe grupy funkcyjne badaczy (jaskrawo kolorowe kule) łączące się z większymi cząsteczkami.
Zdjęcie: Stephen Sullivan
„Idea jest taka, że zamiast tworzyćkomputer kwantowy, aby chemicy mogli go dla nas zbudować” – wyjaśnia Eric Hudson, profesor fizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles i autor badania. „Wszyscy wciąż uczymy się zasad dotyczących tego typu technologii kwantowej”. Teraz ta praca bardziej przypomina science fiction.”
Jak działają kubity?
Podstawowe jednostki informacji w języku tradycyjnymw obliczeniach to bity, każdy ograniczony do jednej z dwóch wartości. Z drugiej strony grupa bitów kwantowych — czyli kubitów — może mieć znacznie szerszy zakres wartości, wykładniczo zwiększając moc obliczeniową komputera. To wymaga więcej niż 1000 zwykłych, które reprezentują zaledwie 10 kubitów, a 20 kubitów wymaga więcej niż 1 miliona bitów.
Ta cecha, która leży u podstawPotencjał transformacyjny obliczeń kwantowych zależy od paradoksalnych zasad obowiązujących podczas interakcji atomów. Na przykład, gdy dwie cząstki oddziałują na siebie, mogą zostać związane lub splątane, w związku z czym pomiar właściwości jednej określa właściwości drugiej. Splątanie kubitów to wymóg obliczeń kwantowych.
Jaki jest problem?
Jednak to splątanie jest kruche. Kiedy kubity napotykają subtelne zmiany w swoim otoczeniu, tracą swoją „kwantowość”, która jest niezbędna do wdrożenia algorytmów kwantowych. To ogranicza najpotężniejsze komputery kwantowe do mniej niż 100 kubitów i wymaga zbyt dużych zasobów.
Aby zastosować obliczenia kwantowe w praktyce,inżynierowie muszą zwiększyć swoją moc obliczeniową. Autorzy badania poczynili postępy w tej kwestii: stworzyli cząsteczki chroniące zachowanie kwantowe.
Jest rozwiązanie
Naukowcy opracowali małe cząsteczkiktóre obejmują atomy wapnia i tlenu i działają jak kubity.Takie struktury wapniowo-tlenowe tworzą to, co chemicy nazywają grupą funkcyjną. Można je połączyć z niemal każdą inną cząsteczką, a także nadać jej niezwykłe właściwości.
Zespół pokazał, że ich funkcjonalnośćgrupy zachowują pożądaną strukturę nawet po przyłączeniu do znacznie większych cząsteczek. Ich kubity chemiczne wytrzymują nawet chłodzenie laserowe, co jest kluczowym wymogiem w obliczeniach kwantowych.
Dokąd to prowadzi?
Jeśli kojarzymy kwantową grupę funkcyjnąza pomocą powierzchni lub jakiejś długiej cząsteczki, wówczas można kontrolować dużą liczbę kubitów – wyjaśniają autorzy badania. Poza tym skalowanie będzie bardzo tanie. „Atom jest jedną z najtańszych rzeczy we wszechświecie. Możesz zrobić ich tyle, ile chcesz” – zauważyli naukowcy.
Ponadto kwantowo-funkcjonalnyGrupa będzie przydatna do fundamentalnych odkryć w chemii i naukach przyrodniczych. Pomoże na przykład naukowcom dowiedzieć się więcej o strukturze i funkcjach różnych cząsteczek i substancji chemicznych w organizmie człowieka.
Ponadto kubity mogą być używane jakobardzo czułe przyrządy pomiarowe. Najważniejsze jest, aby je chronić, aby przetrwały w trudnych środowiskach: na przykład w systemach biologicznych. Wtedy naukowcy uzyskają wiele nowych informacji o naszym świecie.
Jednak rozwój komputera kwantowegorealistycznie rzecz biorąc, baza chemiczna może zająć dziesięciolecia i niekoniecznie odnieść sukces, podsumowują naukowcy. Pierwszym krokiem jest związanie kubitów z większymi cząsteczkami, sprawienie, aby oddziaływały jak procesory bez niepożądanych sygnałów i splątanie ich tak, aby działały jako system.
Czytaj więcej:
Wkrótce w Ziemię uderzy burza słoneczna: materiał leci z prędkością 800 km/s
Naukowcy sfilmowali dziwne stworzenie z mackami, które pomylili z kwiatem
Rosja opuszcza ISS: co się teraz stanie i dlaczego utrzymanie stacji jest zagrożone