Kvantinis pastiprinimas skirtingo tipo kompiuteriui

S. Debnath

Kvantiniai kompiuteriai, galintys atlikti neįtikėtinus skaičiavimus, pagaliau yra horizonte. Tačiau kaip atrodys pirmosios naudingos mašinos?

Pramonės sunkiasvoriai, įskaitant IBM , Google , Microsoft , ir Intel , taip pat keletas pradedančiųjų įmonių, tokių kaip Skaičiavimo atmetimai ir Įtrauktos kvantinės grandinės , visi jie nuolat žengia į galingesnius kvantinius kompiuterius, naudodami superlaidžias grandines, atšaldytas iki ekstremalių temperatūrų.

Tuo tarpu dvi tyrimų grupės įrodė, kad pramonės iš esmės ignoruojamas metodas – naudojant įstrigusius atomus skaičiavimams atlikti – gali būti padidintas iki naujo sudėtingumo lygio ir panaudotas vertingam darbui atlikti. Gautos sistemos nėra universalūs kvantiniai kompiuteriai, galintys atlikti bet kokius skaičiavimus, tačiau jie leidžia manyti, kad atominis metodas gali turėti daugiau galimybių, nei tikėtasi. Darbe taip pat užsimenama, kad atomai galiausiai galėtų pasiūlyti geresnį būdą laboratorines sistemas paversti didelio masto praktiniais kvantiniais kompiuteriais.

Superlaidumo metodas pasiteisino iš dalies dėl to, kad inžinerinės technologijos, naudojamos silicio grandinėms gaminti, buvo patobulintos per pastaruosius kelis dešimtmečius (žr. 10 Breakthrough Technologies 2017: Practical Quantum Computers). Tačiau kvantinį kompiuterį galima sukurti naudojant įvairius metodus.

Susijusi istorija

Susijusi istorija

Į du popieriai paskelbtas šiandien žurnale Gamta MIT ir Harvardo komanda Kembridže, Masačusetso valstijoje, ir kita komanda iš Merilendo universiteto ir Nacionalinio standartų instituto Vašingtone, atskleidžia, kad jie sukūrė specializuotų tipų kvantinius skaičiuotuvus, kurių kiekvienas naudoja daugiau nei 50 kubitų. daugiau nei buvo įrodyta anksčiau. Abiem atvejais mokslininkai sukūrė kvantinius simuliatorius – mašinas, galinčias naudoti analoginius skaičiavimus, kad modeliuotų kvantinių dalelių sąveiką.

Abi sistemos naudoja atomus, bet veikia skirtingai. MIT-Harvardo sistema valdo 51 kubitą naudodama lazerius, kad gaudytų neutralius atomus sužadintoje būsenoje. Maryland-NIST mašina, kuri valdo 53 kubitus, sulaiko iterbio jonus, naudodama auksu padengtus elektrodus. Kartu jie teigia, kad alternatyvus požiūris į kvantinių mašinų kūrimą dar gali mesti iššūkį tam, kurio siekia pramonė.

Nors mūsų sistema dar nėra universalus kvantinis kompiuteris, mes galime efektyviai ją programuoti valdydami sąveiką tarp kubitų, sakoma. Michailas Lukinas , Harvardo fizikas, kuris sukūrė vieną iš sistemų bendradarbiaudamas su Vladanas Vuleticas MIT.

Willas Zengas, bendrovės „Rigetti Computing“, įmonės, gavusios dešimtis milijonų rizikos finansavimo kvantiniam skaičiavimui, tyrėjas, sako, kad tokio masto kvantinis modeliavimas yra svarbus žingsnis. Tiesą sakant, kvantinių efektų modeliavimas buvo pradinis kvantinio kompiuterio tikslas pasiūlė fizikas Richardas Feynmanas daugiau nei prieš 40 metų. Dabar mokslininkai gali parodyti tam tikrą potencialą, būdingą kvantiniams kompiuteriams, todėl rezultatai yra jaudinantys, sako jis.

Kvantiniai kompiuteriai veikia iš esmės kitaip nei įprasti kompiuteriai. Nors įprastas kompiuteris ima dvejetainius informacijos bitus, užkoduotus kaip bet kuri vienas arba 0 , ir atlieka jų skaičiavimus vieną po kito, kvantinis kompiuteris išnaudoja dvi priešingas kvantinio mechanizmo ypatybes – įsipainiojimą ir superpoziciją – lygiagrečiai atlikti skaičiavimus. Dėl to jis gali apskaičiuoti didelius informacijos kiekius per daug trumpesnį laiką. Kelios dešimtys kvantinių bitų vienu žingsniu gali atlikti milijardų informacijos skaičiavimus.

Ši technologija daugelį metų išliko fizikų svajonė, tačiau ji neabejotinai turi didžiulį potencialą. Dabar didėja jaudulys, kad pagaliau kuriamos mašinos, galinčios atlikti naudingą darbą.

50 kubitų etalonas yra reikšmingas, nes maždaug tuo metu kvantinės mašinos tampa pajėgios atlikti skaičiavimus, kuriuos būtų sunku, o gal net neįmanoma, paleisti net didžiausiame turimame superkompiuteryje. Kai kurie mokslininkai tai vadina kvantine viršenybe (žr. „Google Reveals a Blueprint for Quantum Supremacy“ ir „IBM pakelia kartelę su 50 kubitų kvantiniu kompiuteriu“). Ir IBM, ir Google kuria bendrosios paskirties superlaidžius kvantinius kompiuterius, galinčius naudoti maždaug tiek pat kubitų.

Galbūt reikšmingiau yra tai, kad naujų atominių sistemų kubitai gali būti geriau pritaikyti didinimui, sako Chrisas Monroe , Merilendo universiteto profesorius ir pagrindinis vieno iš straipsnių autorius. Kietojo kūno sistemų kubitai nėra identiški, o tai reiškia, kad sistema turi būti kruopščiai sukalibruota, o tai gali būti sudėtinga, nes didėja mašinos dydis. Priešingai, kubitai, pagaminti naudojant atomus, nors ir sunkiau valdomi, yra identiški ir jų nereikia derinti. Atomai tam tikra prasme yra tobulas kubitas, sako Monroe. Jis priduria, kad atomines sistemas gali būti lengviau perkonfigūruoti, todėl jos labiau tinka sprendžiant įvairesnes problemas.

Tai nereiškia, kad bet kam bus lengva sukurti didesnes, praktiškesnes kvantines sistemas. Manome, kad galime paprastai pereiti prie maždaug tūkstančio kvantinių bitų, tačiau situacija nėra tokia aiški, sako Vuleticas.

Lygiai taip pat svarbu, kad gauname tik užuominų apie tai, kokie iš tikrųjų bus kvantiniai kompiuteriai. Šį rugsėjį paskelbtame reikšmingame tyrime IBM komanda panaudojo kvantinį kompiuterį, vadinamą IBM Q, kad imituotų berilio hidrido struktūrą – sudėtingiausią kada nors tokiu būdu analizuotą molekulę.

Tikriausiai nesužinosime, ką šios mašinos sugeba, kol jų rankose nepateks daug daugiau inžinierių ir programuotojų. Mes pradedame pereiti nuo fizikos eros prie kvantinės inžinerijos, sako UMD Monroe.

paslėpti