Obliczenia kwantowe

Fizycy opracowali specjalny komputer kwantowy z 256 qubitami

mm
Dodaj Unite.AI do preferowanych ÅšrÃģdeł w Google

W tym, co jest znaczącym postępem w dziedzinie komputerÃģw kwantowych, zespÃģł fizykÃģw z Harvard-MIT Center for Ultracold Atoms i innych uniwersytetÃģw stworzył specjalny typ komputera kwantowego. Ten system nazywa się programowalnym symulatorem kwantowym i moÅže działać z 256 kwantowymi bitami, czyli „qubitami”. Qubity są podstawą działania komputerÃģw kwantowych i są ÅšrÃģdłem ich mocy obliczeniowej.

Nowy rozwÃģj przybliÅža nas do osiągnięcia duÅžych maszyn kwantowych, ktÃģre mogą być wykorzystane do uzyskania głębokiej wiedzy na temat złoÅžonych procesÃģw kwantowych. Mogą one rÃģwnieÅž mieć znaczące implikacje w dziedzinach takich jak nauka o materiałach, technologie komunikacyjne, finanse i inne, ktÃģre obecnie napotykają bariery w badaniach.

Badanie zostało opublikowane 9 lipca w Nature.

Pchnięcie pola do przodu

Mikhail Lukin jest profesorem fizyki i wspÃģłdyrektorem Harvard Quantum Initiative. Jest rÃģwnieÅž jednym z głÃģwnych autorÃģw badania.

“To przenosi pole do nowej dziedziny, w ktÃģrej nikt jeszcze nie był,” powiedział Lukin. “Wkraczamy w całkowicie nową część świata kwantowego.”

Sepehr Ebadi jest studentem fizyki w Graduate School of Arts and Sciences i głÃģwnym autorem badania.

Według Ebadi, największe zalety systemu to jego rozmiar i programowalność, co sprawia, Åže jest to jeden z najlepszych systemÃģw wokÃģł. MoÅže on wykorzystywać właściwości materii na ekstremalnie małych skalach, co pozwala mu na zwiększenie mocy obliczeniowej. Zwiększenie qubitÃģw moÅže pomÃģc systemowi przechowywać i przetwarzać wykładniczo więcej informacji niÅž klasyczne bity, na ktÃģrych opierają się standardowe komputery.

“Liczba stanÃģw kwantowych, ktÃģre są moÅžliwe z tylko 256 qubitami, przekracza liczbę atomÃģw w układzie słonecznym,” powiedział Ebadi.

Symulator umoÅžliwił naukowcom obserwację egzotycznych stanÃģw kwantowych materii, a takÅže przeprowadzenie studium przejścia fazowego kwantowego, ktÃģre było niezwykle precyzyjne i pokazało, jak działa magnetyzm na poziomie kwantowym.

Według naukowcÃģw, te eksperymenty mogą pomÃģc w nauce, jak projektować nowe materiały o egzotycznych właściwościach.

Nowy system

Projekt opiera się na platformie opracowanej w 2017 roku przez naukowcÃģw, ale została ona znacząco ulepszona tym razem. Była w stanie osiągnąć rozmiar 51 qubitÃģw w przeszłości i umoÅžliwiła naukowcom przechwytywanie ultra-zimnych atomÃģw rubidu i układanie ich w określonej kolejności za pomocą jednowymiarowej tablicy indywidualnie skupionych wiązek laserowych.

Ten system pozwala na montaÅž atomÃģw w dwuwymiarowych tablicach optycznych pinzet, co jest nazwą wiązek laserowych. UmoÅžliwia to zwiększenie rozmiaru systemu z 51 do 256 qubitÃģw. Naukowcy mogą następnie uÅžyć pinzet do układania atomÃģw w wzorach bez wad i tworzenia programowalnych kształtÃģw, co umoÅžliwia rÃģÅžne interakcje między qubitami.

“GłÃģwnym elementem tej nowej platformy jest urządzenie zwane modulatorem światła przestrzennego, ktÃģre słuÅžy do kształtowania falowej przedniej części światła, aby wytworzyć setki indywidualnie skupionych wiązek optycznych pinzet,” powiedział Ebadi. “Te urządzenia są podstawowo takie same jak te, ktÃģre są uÅžywane w projektorach komputerowych do wyświetlania obrazÃģw na ekranie, ale dostosowaliśmy je, aby były krytycznym składnikiem naszego symulacji kwantowej.”

Atomy są najpierw ładowane do optycznych pinzet losowo, zanim naukowcy przenoszą atomy i układają je w docelowych geometriach. Drugi zestaw ruchomych optycznych pinzet jest następnie uÅžywany do przeciągania atomÃģw do ich poŞądanych lokalizacji, co eliminuje początkowy losowy charakter. Lasery pozwalają naukowcom na pełną kontrolę nad pozycjonowaniem atomowych qubitÃģw i ich spÃģjną manipulacją kwantową.

Tout Wang jest asystentem badawczym fizyki na Harvardzie i jednym z autorÃģw artykułu.

“Nasza praca jest częścią bardzo intensywnej, wysoko-widocznej globalnej rywalizacji w budowaniu większych i lepszych komputerÃģw kwantowych,” powiedział Wang. “Całkowity wysiłek [poza naszym] obejmuje najlepsze instytucje badawcze i znaczące inwestycje sektora prywatnego od Google (GOOGL ), IBM, Amazon (AMZN ) i wielu innych.”

ZespÃģł obecnie pracuje nad ulepszaniem systemu poprzez poprawę kontroli laserowej nad qubitami, a takÅže czyniąc system bardziej programowalnym. Według naukowcÃģw, moÅžliwe zastosowania obejmują badanie egzotycznych form materii kwantowej i rozwiązywanie problemÃģw świata rzeczywistego, ktÃģre mogą być naturalnie zakodowane na qubitach.

“To umoÅžliwia ogromną liczbę nowych kierunkÃģw naukowych,” powiedział Ebadi. “Jesteśmy jeszcze daleko od granic tego, co moÅžna zrobić z tymi systemami.”

Alex McFarland jest dziennikarzem i pisarzem zajmującym się sztuczną inteligencją, ktÃģry bada najnowsze rozwoje w dziedzinie sztucznej inteligencji. WspÃģłpracował z licznymi startupami i wydawnictwami związanymi z sztuczną inteligencją na całym świecie.