คอมพิวเตอร์ควอนตัมแม้จะยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น แต่ก็จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก
การวิจัยใหม่
กลุ่มวิจัยสหวิทยาการภายใต้ผู้นำของ UCLA รวมถึงนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดได้พัฒนากลยุทธ์ใหม่ที่ปฏิวัติวงการสำหรับการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัม ในขณะที่วิศวกรใช้วงจร เซมิคอนดักเตอร์ และเครื่องมือวิศวกรรมไฟฟ้าอื่นๆ ทีมนักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาแผนงานโดยอิงจากความสามารถของนักเคมีในการออกแบบอาคารปรมาณู บล็อก พวกเขาควบคุมคุณสมบัติของโครงสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่เมื่อมารวมกัน
ผลการวิจัยของนักวิจัยซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Nature Chemistry จะนำไปสู่การก้าวกระโดดในพลังการประมวลผลควอนตัมในที่สุด
กลุ่มนักวิจัยเชิงควอนตัม (ทรงกลมสีสดใส) เชื่อมต่อกับโมเลกุลที่ใหญ่กว่า
ภาพ: Stephen Sullivan
“แนวคิดก็คือแทนที่จะสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อให้นักเคมีสร้างมันขึ้นมาให้เราได้” เอริค ฮัดสัน ศาสตราจารย์ฟิสิกส์ที่ UCLA และผู้เขียนงานวิจัยนี้อธิบาย “เราทุกคนยังคงเรียนรู้กฎเกณฑ์สำหรับเทคโนโลยีควอนตัมประเภทนี้” ตอนนี้งานนี้เป็นเหมือนนิยายวิทยาศาสตร์มากขึ้น”
qubits ทำงานอย่างไร
หน่วยข้อมูลพื้นฐานในรูปแบบดั้งเดิมในการคำนวณคือบิต ซึ่งแต่ละค่าจะจำกัดอยู่ที่ค่าใดค่าหนึ่งในสองค่า ในทางตรงกันข้าม กลุ่มของบิตควอนตัมหรือคิวบิตสามารถมีช่วงค่าที่กว้างกว่ามาก ซึ่งเพิ่มพลังการประมวลผลของคอมพิวเตอร์แบบทวีคูณ ซึ่งต้องใช้เวลามากกว่านั้น คิวบิตธรรมดามากกว่า 1,000 ตัวเพื่อเป็นตัวแทนเพียง 10 คิวบิตบิต และ 20 คิวบิตต้องการมากกว่า 1 ล้านบิต
ลักษณะนี้ซึ่งรองรับศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงของการคำนวณควอนตัมขึ้นอยู่กับกฎที่ขัดแย้งกันซึ่งใช้เมื่ออะตอมมีปฏิสัมพันธ์กัน ตัวอย่างเช่น เมื่ออนุภาคสองตัวมีปฏิสัมพันธ์กัน อนุภาคเหล่านั้นอาจพันกันหรือพันกัน ดังนั้น การวัดคุณสมบัติของอนุภาคหนึ่งจะกำหนดคุณสมบัติของอีกอนุภาคได้ การพันกันของ qubits คือ ข้อกำหนดของการคำนวณควอนตัม
อะไรคือปัญหา?
อย่างไรก็ตาม ความยุ่งเหยิงนี้เปราะบาง เมื่อคิวบิตพบกับการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในสภาพแวดล้อม พวกเขาสูญเสีย "ปริมาณ" ซึ่งจำเป็นต่อการนำอัลกอริธึมควอนตัมไปใช้ ซึ่งจะจำกัดคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทรงพลังที่สุดให้น้อยกว่า 100 คิวบิต และต้องใช้ทรัพยากรมากเกินไป
เพื่อนำการคำนวณควอนตัมมาสู่การปฏิบัติวิศวกรจะต้องเพิ่มพลังการประมวลผลของตน ผู้เขียนการศึกษานี้มีความคืบหน้าในประเด็นนี้: พวกเขาได้สร้างโมเลกุลที่ปกป้องพฤติกรรมควอนตัม
มีทางแก้
นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาโมเลกุลขนาดเล็กขึ้นซึ่งประกอบด้วยอะตอมของแคลเซียมและออกซิเจนและทำหน้าที่เป็นคิวบิต โครงสร้างแคลเซียม-ออกซิเจนดังกล่าวก่อให้เกิดสิ่งที่นักเคมีเรียกว่าหมู่ฟังก์ชัน พวกมันสามารถเชื่อมต่อกับโมเลกุลอื่น ๆ ได้เกือบทุกชนิด และยังให้คุณสมบัติที่ผิดปกติอีกด้วย
ทีมงานได้แสดงให้เห็นว่าการทำงานของพวกเขากลุ่มต่างๆ ยังคงรักษาโครงสร้างที่ต้องการไว้ได้แม้ว่าจะยึดติดกับโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่กว่ามากก็ตาม คิวบิตทางเคมีของพวกมันทนทานต่อการระบายความร้อนด้วยเลเซอร์ ซึ่งเป็นข้อกำหนดสำคัญสำหรับการคำนวณควอนตัม
มันนำไปสู่ที่ไหน?
ถ้าเราเชื่อมโยงหมู่ฟังก์ชันควอนตัมด้วยพื้นผิวหรือโมเลกุลยาวๆ จะทำให้สามารถควบคุมคิวบิตจำนวนมากได้ ผู้เขียนการศึกษาอธิบาย นอกจากนี้การปรับขนาดจะถูกมาก “อะตอมเป็นหนึ่งในสิ่งที่ถูกที่สุดในจักรวาล คุณสามารถทำมันได้มากเท่าที่คุณต้องการ” นักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสังเกต
นอกจากนี้ การทำงานของควอนตัมกลุ่มนี้จะเป็นประโยชน์สำหรับการค้นพบพื้นฐานทางเคมีและวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิต ตัวอย่างเช่น มันจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงสร้างและหน้าที่ของโมเลกุลและสารเคมีต่างๆ ในร่างกายมนุษย์
นอกจากนี้ qubits ยังสามารถใช้เป็นเครื่องมือวัดที่มีความไวสูง สิ่งสำคัญคือต้องปกป้องพวกมันเพื่อให้พวกมันอยู่รอดในสภาพแวดล้อมที่ยากลำบาก เช่น ในระบบชีวภาพ จากนั้นนักวิทยาศาสตร์จะได้รับข้อมูลใหม่มากมายเกี่ยวกับโลกของเรา
อย่างไรก็ตาม การพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมนักวิทยาศาสตร์สรุปว่าพื้นฐานทางเคมีอาจใช้เวลาหลายสิบปีและไม่จำเป็นต้องประสบความสำเร็จ ขั้นตอนแรกคือการผูก qubits กับโมเลกุลที่ใหญ่กว่า ทำให้พวกมันโต้ตอบเหมือนโปรเซสเซอร์โดยไม่มีสัญญาณที่ไม่ต้องการ และเข้าไปพัวพันกับพวกมันเพื่อให้ทำงานเป็นระบบ
อ่านเพิ่มเติม:
ในไม่ช้าพายุสุริยะจะพุ่งชนโลก: วัสดุบินด้วยความเร็ว 800 กม. / วินาที
นักวิทยาศาสตร์ได้ถ่ายสิ่งมีชีวิตประหลาดที่มีหนวดซึ่งพวกเขาเข้าใจผิดว่าเป็นดอกไม้
รัสเซียออกจากสถานีอวกาศนานาชาติ: จะเกิดอะไรขึ้นตอนนี้และเหตุใดการบำรุงรักษาสถานีจึงอยู่ภายใต้การคุกคาม