Программируемый квантовый компьютер на основе нейтральных атомов
Группа исследователей из различных университетов США и Великобритании опубликовала многообещающее предварительное исследование. Речь идет о возможности создания «программируемого» квантового компьютера с помощью нейтральных атомов, захваченных лазерами.
Содержание статьи:
Но прежде всего, что такое квантовый компьютер.Квантовый компьютер — это компьютер, который использует принципы квантовой физики для выполнения вычислений. Если это не определяет нас немного лучше, то каков же конец?
Квантовая физика изучает поведение материи и света на микроскопическом или атомном уровне. Ученые обнаружили, что в таких масштабах она ведет себя совершенно нелогично по сравнению с ранее известной физикой. Изучение этого поведения привело к появлению новых физических принципов, которые изучаются и сегодня.
Знаменитый принцип «суперпозиции» является неотъемлемой частью работы квантовых компьютеров. Классические компьютеры функционируют на основе «битов», первичной единицы информации. Биты — это либо 0, либо 1, и с помощью этих 0 и 1 строятся более сложные компьютерные коды. В квантовых компьютерах используются «кубиты». Они представляют собой либо 0, либо 1 и находятся в суперпозиции.
Суперпозиция позволяет квантовым алгоритмам использовать другие квантовые явления, такие как квантовое нарушение. Это включает в себя нарушение таким образом, что кубиты образуют единую систему. Тогда можно найти состояния одного куба и измерить состояния других кубов, даже если они находятся далеко друг от друга. Этот принцип необходим для всех квантовых вычислений. Интерес квантовых компьютеров заключается в огромной вычислительной мощности, которую можно увеличить.
Атомы, захваченные лазерами
Что такое эти «кубиты» в конкретном смысле? Это атомы, которые «организованы» различными способами, взаимодействуют друг с другом и переходят в квантовые состояния, необходимые для работы компьютера. Используются различные типы атомов и различные системы. Например, положительные ионы или сверхпроводники имеют «магнитные ловушки». В данном исследовании ученые решили использовать S o-Calted «нейтральные атомы», то есть атомы без заряда.
Читайте также: Очередной крупный прорыв в создании сверхбыстрых квантовых компьютеров
Два кубических квантовых вентиля являются простейшим элементом квантового компьютера: между двумя кубами может быть сгенерировано квантовое нарушение. К..
Без заряда не нужны электромагнитные ловушки, чтобы удерживать атомы в нужной конфигурации. Вместо этого ученые использовали «ловушку» на основе лазера. В этом случае концентрация лазера «притягивает» атомы, тем самым упорядочивая их. Он также может охлаждать их.
По мнению ученых, использование этих нейтральных атомов в квантовом компьютере полезно по нескольким причинам. Они обладают одинаковыми свойствами, что делает их более простыми в использовании. Они обладают длительной устойчивостью (если удастся сохранить квантовые суперпозиции) и могут быть «пойманы» в нескольких измерениях. Наконец, они часто сбивают с толку. Поэтому такие атомы являются очень хорошими кандидатами для квантовых компьютеров.
Ученые также объясняют, что атомы можно стимулировать и реорганизовывать по своему желанию. Это позволяет использовать их в самых разных целях. В этом смысле они утверждают, что создали «программируемый» квантовый компьютер.
Увеличение времени работы в 500 раз
Новшество, которое следует отметить в экспериментах, представленных учеными, — это время работы компьютера. Очень трудно поддерживать квантовые суперпозиции в течение длительных периодов времени. Квантовые биты (кубиты) хрупки и могут сломаться, если их не изолировать от окружающего шума, но для выполнения вычислений они должны взаимодействовать с другими кубитами.
Однако команда смогла запустить компьютер более чем на 600 мкс, что в 500 раз дольше, чем предыдущие попытки создать суперпозиционные состояния с помощью нейтральных атомов. Еще одним примечательным фактом является то, что они смогли выполнить реальные химические расчеты. Среди прочего, ученые утверждают, что им удалось определить энергию молекулярного водорода.
Конечно, представленные эксперименты еще далеки от создания действительно функционирующего квантового компьютера, но они «представляют собой важный шаг на пути к разработке процессоров на основе нейтральных атомных кубитов», говорят ученые.
По их мнению, улучшение процесса требует «технических усовершенствований лазера, таких как улучшение охлаждения лазера для достижения основного состояния движения атомов, пространственное формирование оптического управляющего пучка для уменьшения ошибок стробирования, оптимизация параметров оптической ловушки для улучшения локализации и согласованности». Локализации и согласованности». «Уменьшение рассеяния от промежуточных состояний».
Однако команда не одинока в своих заявлениях об исследовании нейтральных атомов в квантовых вычислениях. В области квантовых вычислений царит жесткая конкуренция. Как уточняют ученые: «Во время завершения этого исследования нам стало известно о смежных исследованиях, показывающих кодирование логических кубитов с помощью комплементарной архитектуры нейтральных атомов».
