Kvantová výpočtová technika, hoci je stále v plienkach, výrazne pribudne
Nový výskum
Interdisciplinárna výskumná skupina podVedenie UCLA, vrátane výskumníkov z Harvardskej univerzity, vyvinulo novú revolučnú stratégiu na budovanie kvantových počítačov. Zatiaľ čo inžinieri teraz používajú obvody, polovodiče a iné nástroje elektrotechniky, tím vedcov vyvinul plán založený na schopnosti chemikov navrhnúť atómovú stavbu. bloky. Kontrolujú vlastnosti väčších molekulárnych štruktúr, keď sa spoja.
Zistenia vedcov publikované v časopise Nature Chemistry v konečnom dôsledku povedú k skoku vo výkone kvantového spracovania.
Kvantové funkčné skupiny výskumníkov (svetlo sfarbené gule) spájajúce sa s väčšími molekulami.
Obrázok: Stephen Sullivan
„Myšlienka je taká, že namiesto tvoreniakvantový počítač, aby ho chemici pre nás mohli postaviť,“ vysvetľuje Eric Hudson, profesor fyziky na UCLA a autor štúdie. "Všetci sa stále učíme pravidlá pre tento typ kvantovej technológie." Teraz je toto dielo skôr sci-fi.“
Ako fungujú qubity?
Základné jednotky informácií v tradičnom jazykuvo výpočtovej technike sú bity, z ktorých každá je obmedzená na jednu z dvoch hodnôt. Naproti tomu skupina kvantových bitov – alebo qubitov – môže mať oveľa širší rozsah hodnôt, čím sa exponenciálne zvyšuje výpočtový výkon počítača. Na to, aby predstavovali iba 10 qubitových bitov, je potrebných viac ako 1 000 obyčajných a 20 qubitov vyžaduje viac ako 1 milión bitov.
Táto vlastnosť, ktorá je základomTransformačný potenciál kvantových počítačov závisí od paradoxných pravidiel, ktoré sa uplatňujú pri interakcii atómov, napríklad keď sa dve častice vzájomne spoja, môžu sa spojiť alebo zamotať, takže meranie vlastností jednej určuje vlastnosti druhej požiadavka kvantových počítačov.
Aký je problém?
Tento spletenec je však krehký. Keď sa qubity stretnú s jemnými zmenami vo svojom prostredí, stratia svoju „kvantitu“, ktorá je potrebná na implementáciu kvantových algoritmov. Toto obmedzuje výkon najvýkonnejších kvantových počítačov na menej ako 100 qubitov a vyžaduje to príliš veľa zdrojov.
Ak chcete uviesť kvantové výpočty do praxe,inžinieri musia zvýšiť svoj výpočtový výkon. Autori štúdie v tejto otázke pokročili: vytvorili molekuly, ktoré chránia kvantové správanie.
Existuje riešenie
Vedci vyvinuli malé molekulyktoré zahŕňajú atómy vápnika a kyslíka a pôsobia ako qubity Takéto vápnikovo-kyslíkové štruktúry tvoria to, čo chemici nazývajú funkčnou skupinou. Môžu byť spojené s takmer akoukoľvek inou molekulou a tiež jej dávajú nezvyčajné vlastnosti.
Tým ukázal, že ich funkčnéskupiny si zachovajú svoju požadovanú štruktúru, aj keď sú pripojené k oveľa väčším molekulám. Ich chemické qubity dokonca odolajú chladeniu laserom, čo je kľúčová požiadavka pre kvantové výpočty.
kam to vedie?
Ak spojíme kvantovú funkčnú skupinus povrchom alebo nejakou dlhou molekulou, potom možno ovládať veľké množstvo qubitov, vysvetľujú autori štúdie. Okrem toho bude škálovanie veľmi lacné. „Atóm je jednou z najlacnejších vecí vo vesmíre. Môžete ich vyrobiť, koľko chcete,“ poznamenali vedci.
Navyše kvantovo funkčnéSkupina bude užitočná pre základné objavy v chémii a vedách o živej prírode. Vedcom napríklad pomôže dozvedieť sa viac o štruktúre a funkciách rôznych molekúl a chemikálií v ľudskom tele.
Tiež qubity môžu byť použité akovysoko citlivé meracie prístroje. Hlavná vec je chrániť ich, aby prežili v náročných prostrediach: napríklad v biologických systémoch. Potom vedci získajú množstvo nových informácií o našom svete.
Avšak vývoj kvantového počítačaChemický základ môže reálne trvať desaťročia a nemusí byť nevyhnutne úspešný, uzatvárajú vedci. Prvým krokom je naviazať qubity na väčšie molekuly, prinútiť ich, aby interagovali ako procesory bez nežiaducich signálov, a zamotať ich tak, aby fungovali ako systém.
Čítaj viac:
Čoskoro zasiahne Zem slnečná búrka: materiál letí rýchlosťou 800 km / s
Vedci nafilmovali zvláštneho tvora s chápadlami, ktoré si pomýlili s kvetom
Rusko opúšťa ISS: čo sa teraz stane a prečo je údržba stanice ohrozená