Квантові обчислення, незважаючи на те, що вони все ще знаходяться в зародковому стані, будуть зростати в геометричній прогресії
Нове дослідження
Міждисциплінарна дослідницька група на чолі з Каліфорнійським університетом в Лос-Анджелесі, до складу якої входять дослідники з Гарвардського університету, розробила принципово нову стратегію створення квантових комп'ютерів. Поки що інженери використовуютьСхеми, напівпровідники та інші електротехнічні інструменти, команда вчених розробила план, заснований на здібностях хіміків проектувати атомні будівельні блоки.Вони контролюють властивості більших молекулярних структур у міру їх зближення.
Висновки дослідників, опубліковані в журналі Nature Chemistry, в кінцевому підсумку призведуть додо стрибка в потужності квантових процесорів.
Квантово-функціональні групи дослідників (яскраво забарвлені сфери), що з'єднуються з більшими молекулами.
Зображення: Стефан Салліван
«Ідея полягає в тому, щоб замість створенняквантового комп'ютера дозволити хімікам збудувати його для нас, — пояснює Ерік Хадсон, професор фізики з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі та автор дослідження. — Усі ми досі вивчаємо правила для цього типу квантової технології. Зараз ця робота, скоріше, науково-фантастична».
Як працюють кубити?
Базовими одиницями інформації у традиційнихобчислення є біти, кожен з яких обмежений одним з двох значень. Навпаки, група квантових бітів - або кубітів - може мати набагато ширший діапазон значень, експоненційно збільшуючи обчислювальну потужність комп'ютера. Для представлення всього 10 кубітів потрібно більше 1 000 звичайних бітів, а для 20 кубітів потрібно понад 1 мільйон бітів.
Ця характеристика, яка лежить в основітрансформаційного потенціалу квантових обчислень, залежить від парадоксальних правил, які застосовуються при взаємодії атомів. Наприклад, коли дві частинки взаємодіють, вони можуть стати пов'язаними або заплутаними, так що вимір властивостей однієї визначає властивості іншої. Заплутування кубитів є вимогою квантових обчислень.
В чому проблема?
Однак ця заплутаність неміцна. Коли кубити зіштовхуються з тонкими змінами у своєму оточенні, вони втрачають свою «квантовість», яка необхідна для реалізації квантових алгоритмів. надто ресурсів.
Щоб застосувати квантові обчислення на практиці,інженери повинні збільшити обчислювальну потужність. Автори дослідження просунулися в цьому питанні: вони створили молекули, що захищають квантову поведінку.
Є рішення
Вчені розробили невеликі молекули,які включають атоми кальцію і кисню і діють як кубити. Такі кальцій-кисневі структури утворюють те, що хіміки називають функціональною групою. Їх можна підключити практично до будь-якої іншої молекули, а також надати їй незвичайних властивостей.
Команда показала, що їх функціональнігрупи зберігають бажану структуру навіть при приєднанні до набагато більших молекул. Їх хімічні кубити навіть витримують лазерне охолодження, що є ключовою вимогою для квантових обчислень.
До чого це призведе?
Якщо пов'язати квантову функціональну групуз поверхнею або якоюсь довгою молекулою, то можна керувати великою кількістю кубитів, пояснюють автори дослідження. Крім того, масштабування буде дуже дешевим. «Атом — одна з найдешевших речей у Всесвіту. Їх можна зробити стільки, скільки захочете»,— зазначили вчені.
Крім того, квантова функціональнагрупа нагоді для фундаментальних відкриттів у хімії та науках про життя. Наприклад, допоможе вченим більше дізнатися про структуру та функції різних молекул і хімічних речовин в організмі людини.
Також кубити можна використовувати якВисокочутливі інструменти для вимірювання. Головне — захистити їх так, щоб вони вижили у складних середовищах: наприклад, у біологічних системах. Тоді вчені отримають багато нової інформації про наш світ.
Однак розробка квантового комп'ютера наНа хімічній основі може реально зайняти десятиліття і не обов'язково буде успішною, роблять висновок вчені. Для початку треба прив'язати кубити до великих молекул, змусити їх взаємодіяти як процесори без небажаних сигналів і заплутати їх, щоб вони працювали як система.
Читати далі:
Незабаром на Землю обрушиться сонячна буря: матеріал летить зі швидкістю 800 км/с
Вчені зняли на відео дивну істоту зі щупальцями, яку прийняли за квітку
Росія залишає МКС: що тепер буде і чому обслуговування станції під загрозою