Kvantberäkning, även om den fortfarande är i sin linda, kommer att öka kraftigt
Ny forskning
Tvärvetenskaplig forskargrupp underUCLA:s ledning, inklusive forskare från Harvard University, har utvecklat en revolutionerande ny strategi för att bygga kvantdatorer. Medan ingenjörer nu använder kretsar, halvledare och andra elektrotekniska verktyg, har ett team av forskare utvecklat en plan baserad på kemisters förmåga att designa atombyggnad block. De kontrollerar egenskaperna hos större molekylära strukturer när de kommer samman.
Forskarnas resultat, publicerade i tidskriften Nature Chemistry, kommer i slutändan att leda till ett språng i kvantprocessorkraft.
Kvantfunktionella grupper av forskare (ljust färgade sfärer) som ansluter till större molekyler.
Bild: Stephen Sullivan
"Tanken är att istället för att skapakvantdator för att tillåta kemister att bygga den åt oss”, förklarar Eric Hudson, fysikprofessor vid UCLA och författare till studien. "Vi håller alla på att lära oss reglerna för den här typen av kvantteknologi." Nu är det här verket mer som science fiction.”
Hur fungerar qubits?
Grundläggande informationsenheter i traditionelli beräkning är bitar, var och en begränsad till ett av två värden. Däremot kan en grupp kvantbitar – eller kvantbitar – ha ett mycket bredare värdeintervall, vilket exponentiellt ökar en dators beräkningskraft. Det krävs mer än 1 000 vanliga för att representera bara 10 qubits bitar, och 20 qubits kräver mer än 1 miljon bitar.
Denna egenskap, som ligger bakomTransformationspotentialen hos kvantberäkning beror på de paradoxala regler som gäller när atomer interagerar. Till exempel, när två partiklar interagerar kan de bli bundna eller intrasslade, så att mätning av egenskaperna hos den ena bestämmer egenskaperna hos den andra. Qubit-entanglement är en krav på kvantberäkning.
Vad är problemet?
Denna förveckling är dock bräcklig. När qubits stöter på subtila förändringar i sin miljö förlorar de sin "kvantitet", vilket är nödvändigt för att implementera kvantalgoritmer. Detta begränsar de kraftfullaste kvantdatorerna till färre än 100 qubits och kräver alltför resurser.
För att omsätta kvantdatorn i praktiken,ingenjörer måste öka sin datorkraft. Studens författare har gjort framsteg i denna fråga: de har skapat molekyler som skyddar kvantbeteende.
Det finns en lösning
Forskare har utvecklat små molekylersom inkluderar kalcium- och syreatomer och fungerar som qubits. Sådana kalcium-syrestrukturer bildar vad kemister kallar en funktionell grupp. De kan kopplas till nästan vilken annan molekyl som helst och ger den också ovanliga egenskaper.
Teamet visade att deras funktionellagrupper behåller sin önskade struktur även när de är anslutna till mycket större molekyler. Deras kemiska qubits tål till och med laserkylning, ett nyckelkrav för kvantberäkning.
Vart leder det?
Om vi associerar en kvantfunktionell gruppmed en yta eller någon lång molekyl, då kan ett stort antal qubits kontrolleras, förklarar studieförfattarna. Dessutom blir skalning väldigt billig. "Atomen är en av de billigaste sakerna i universum. Du kan göra så många av dem du vill”, konstaterade forskarna.
Dessutom kvant funktionellGruppen kommer att vara användbar för grundläggande upptäckter inom kemi och livsvetenskap. Till exempel kommer det att hjälpa forskare att lära sig mer om strukturen och funktionerna hos olika molekyler och kemikalier i människokroppen.
Dessutom kan qubits användas sommycket känsliga mätinstrument. Det viktigaste är att skydda dem så att de överlever i svåra miljöer: till exempel i biologiska system. Då kommer forskare att få mycket ny information om vår värld.
Men utvecklingen av en kvantdatoren kemisk bas skulle realistiskt sett kunna ta årtionden och inte nödvändigtvis vara framgångsrik, avslutar forskarna. Det första steget är att binda qubits till större molekyler, få dem att interagera som processorer utan oönskade signaler och trassla in dem så att de fungerar som ett system.
Läs mer:
Snart kommer en solstorm att träffa jorden: materialet flyger med en hastighet av 800 km/s
Forskare filmade en märklig varelse med tentakler, som de antog för en blomma
Ryssland lämnar ISS: vad kommer att hända nu och varför underhållet av stationen är hotat