Куантум Бридге - нови квантни емитери могли су револуционирати квантно рачунарство

Briggs and Stratton Quantum- fuel system problems (Јун 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Куантум Бридге - нови квантни емитери могли су револуционирати квантно рачунарство


Истраживачи у Националној лабораторији Сандиа, у сарадњи са Харвард универзитетом, развили су метод повезивања квантних рачунара заједно на атомском нивоу. Шта то значи за будуће квантне рачунаре и њихове могућности?

Куантум Цомпутер Јоининг

Квантни компјутери су у сензационализованим вијестима често често објављивали да су објављивања о њима постала застарела. Иако квантни рачунари имају изванредан потенцијал за будуће рачунарство, мало је вероватно да ће комерцијалну употребу видети деценију или двије.

Међутим, истраживачи у Националној лабораторији Сандиа који раде са Универзитетом Харвард развили су и демонстрирали квантни мост помоћу кога два мала квантна рачунарска уређаја могу комуницирати једни са другима на атомској скали.

Кратко објашњење квантног рачунарства

У класичном израчунавању, подаци су представљени као офф (0) или он (1) у бинарним јединицама под називом битс. Ова чињеница доводи до стварања логичких врата која манипулишу овим битовима за обављање операција које се крећу од математичких функција до битних поређења. На пример, микроконтролер може упоредити два улазна затича и укључити мотор ако су улазни подаци једнаки. Ово захтева да контролер изврши логичку И на улазима и везује резултат на контролу мотора.

Квантни рачунари, међутим, не користе дискретне битове за представљање информација. Уместо тога, квантни рачунари се ослањају на квантну природу честице (као што су електрон, фотон или чак атом) за чување кубита. Информације које се чувају у кубиту зависе од њене кубит стања која је представљена као линеарна регија са вјероватноћама било да је 0 или 1. Лако је мислити да кубит има три стања:

  • 0 - Искључено
  • 1 - Он
  • С - Суперпоситион

Блоцх Сфера се користи да представља кубит. Имаге цоуртеси оф Глоссер.ца (властити рад) (ЦЦ БИ-СА 3.0)

Једно питање са кубитима је то што када се директно прочитају, њихова супституциона држава је изгубљена. Другим речима, ако је атом у супституцијском стању н, а читање ће се променити или на 1 или 0.

Један од начина за читање кубита је експлоатација квантног заплета, гдје су две честице повезане једни са другима. Стање једне честице зависи од стања другог и обрнуто тако да, читањем једне честице, можете закључити на које стање је друга честица.

Квантни емитери и дијаманти

Један проблем у квантном рачунарству је добијање два одвојена квантна рачунарска уређаја за интеракцију и пренос података. Квантни емитери су атоми који се "пумпају" фотонима који узбуђују њихове електроне. На крају, узбуђени електрони се враћају у претходно стање енергије и емитују фотон када пролазе кроз ову промену енергије. Промене енергије представљају квантне информације које садржи квантни емитер који не утиче на квантно стање емитера.

Дакле, сада имамо кубит који може чувати квантне информације и читати без губитка квантног стања. Следеће питање је како направити и контролисати појединачне кубике.

Истраживачи у Сандији у сарадњи са Харвардом развили су методу стварања кубита на начин који никада није био видљив, прије него што се појављују узбудљиве квантне особине.

Да би кубит био поуздан, не би требало да га утичу спољашњи утицаји као што су пуњење, поља и силе. Кубит такође мора бити у стању да задржи своју квантну суперпозицију приликом читања, тако да се информације не изгубе током рада. На крају (из производне перспективе), стварање кубита би требало да буде могуће у контролисаним ситуацијама (уместо да се ослања на случај).

Опширније

  • Квантна физика - Теорија чврстог стања
  • ИБМ даје јавни Цлоуд приступ новом квантном рачунару од 5 кубитета
  • Основи квантног рачунарства

Да би се решили ова питања, истраживачи користе атомски сноп за чвршће атоме угљеника у дијаманту са појединачним атомима силиција. Када се атом угљеника у дијаманту замијени јединственим силицијум атомом, два суседна атома угљеника почињу да се одмакну од валанце и евентуално напусте. Овај размак омогућава силицијуму да се у суштини лебди као да је у газу, али и да буде пуфериран од електричног струјања због несметаног суседног слободног простора. Како је силицијум далеко испод површине дијаманта, силицијум атом се чува унутар одређене локације и лако се приступа спољашњим фотонима.

Представљање рупа у дијаманту који држи силицијумски емитер. Имаге цоуртеси оф Сандиа Натионал Лабораториес.

Предност јонског зрака је да су нормално квантни емитери (силицијум у дијаманту) у облику случајних дефеката које су научници морали лоцирати. Не само да су такви емитери тешко пронаћи, али не и сви радови који су очекивани. Метода јонских снопа ствара хиљаде поузданих квантних битова који све производе радне уређаје.

Када се ти силицијумови атоми напумпају фотонима, емитовани фотони из атома силика садрже квантне информације у својој фреквенцији, поларизацији и интензитету.

Будућност квантних рачунара

Истраживачи иза силиконских емитера верују да се квантни рачунари у будућности неће састојати од великих моћних квантних уређаја, али многих једноставних квантних уређаја који раде паралелно. Такав уређај може бити боље решење за тренутни пораст потражње за електричном енергијом из рачунара, нарочито када је стварање великих генеричких к-битних квантних рачунара тешко.

Ова употреба паралелизма није изненађење када се узима у обзир савремени процесори. У прошлости (Интел 4004 даље) процесори су постали снажнији јер су имали више инструкција и могућност да их рачунају брже од свог претходника.

Али сада је брзина процесора опала и у суштини се више не повећава (са горњом границом близу 5ГХз), а рачунање и даље постаје снажније. Ово је захваљујући кориштењу паралелне обраде у модерним рачунарима гдје различити процесори истовремено рукују различитим задацима. Ако су велики квантни компјутери са вишеструким кубитом сувише тешки за производњу на скали с тренутном технологијом, онда стварање једноставних уређаја али повезивање многих од њих може бити боља алтернатива.

У сваком случају, нема сумње да би ови квантни емитери могли бити кључни за будуће квантне рачунарске уређаје.