นักฟิสิกส์สร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมพิเศษที่มี 256 คิวบิต

การทำความก้าวหน้าอย่างมากในด้านคอมพิวเตอร์ควอนตัม ทีมนักฟิสิกส์จากศูนย์ฮาร์วาร์ด-เอ็มไอทีสำหรับอะตอมอัลตราโคลด์และมหาวิทยาลัยอื่นๆ ได้สร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมประเภทพิเศษ ซึ่งเรียกว่า ซิมูเลเตอร์ควอนตัมแบบโปรแกรมได้ และสามารถทำงานได้ด้วย 256 คิวบิต หรือ “คิวบิต” คิวบิตเป็นรากฐานของการทำงานของคอมพิวเตอร์ควอนตัม และเป็นแหล่งของพลังการประมวลผล

การพัฒนานี้ทำให้เราก้าวหน้าไปสู่การสร้างเครื่องจักรควอนตัมขนาดใหญ่ ซึ่งสามารถใช้เพื่อให้ได้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับกระบวนการควอนตัมที่ซับซ้อน และอาจมีผลกระทบอย่างมากในด้านวิทยาศาสตร์วัสดุ เทคโนโลยีการสื่อสาร การเงิน และด้านอื่นๆ ที่กำลังเผชิญกับอุปสรรคในการวิจัย

การวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์เมื่อวันที่ 9 กรกฎาคม ใน Nature

การผลักดันสาขาไปข้างหน้า

Mikhail Lukin เป็น Professor of Physics และ Co-Director ของ Harvard Quantum Initiative และเป็นหนึ่งในผู้เขียนหลักของการศึกษา

“สิ่งนี้ทำให้เราเข้าสู่ด้านใหม่ที่ไม่มีใครเคยไปมาก่อน” Lukin กล่าว “เรากำลังเข้าสู่ส่วนใหม่ของโลกควอนตัม”

Sepehr Ebadi เป็นนักศึกษาฟิสิกส์ใน Graduate School of Arts and Sciences และเป็นหนึ่งในผู้เขียนหลักของการศึกษา

ตาม Ebadi คุณสมบัติที่ดีที่สุดของระบบคือขนาดและความสามารถในการโปรแกรม ซึ่งทำให้เป็นหนึ่งในระบบที่ดีที่สุด มันสามารถใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของสสารที่ขนาดเล็กมาก ซึ่งช่วยให้สามารถเพิ่มพลังการประมวลผลได้ การเพิ่มคิวบิตสามารถช่วยให้ระบบจัดเก็บและประมวลผลข้อมูลได้มากกว่าบิตคลาสสิกที่คอมพิวเตอร์มาตรฐานใช้

“จำนวน 상태ควอนตัมที่เป็นไปได้ด้วย 256 คิวบิตเกินจำนวนอะตอมในระบบสุริยะ” Ebadi กล่าว

ซิมูเลเตอร์ได้ทำให้นักวิจัยสามารถสังเกตสถานะควอนตัมที่ไม่ปกติของสสาร และสามารถทำการศึกษาการเปลี่ยนแปลงเฟสควอนตัมได้ ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่แม่นยำและแสดงให้เห็นว่ามغناطิศมีผลกระทบต่อระดับควอนตัมอย่างไร

ตามนักวิจัย การทดลองเหล่านี้สามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เรียนรู้วิธีการออกแบบวัสดุใหม่ที่มีคุณสมบัติไม่ปกติ

ระบบใหม่

โครงการนี้พึ่งพาแพลตฟอร์มที่พัฒนาในปี 2017 โดยนักวิจัย แต่ถูกอัพเกรดอย่างมากในครั้งนี้ มันสามารถทำงานได้ขนาด 51 คิวบิตในอดีต และทำให้นักวิจัยสามารถจับอะตอมรูบิเดียมที่เย็นจัดและจัดเรียงไว้ในลำดับที่เฉพาะเจาะจงโดยใช้แถวหนึ่งมีเลเซอร์แบบโฟกัสแต่ละตัว

ระบบนี้ทำให้สามารถจัดเรียงอะตอมเป็นแถวสองมิติของปากกาแสง ซึ่งเป็นชื่อของเลเซอร์ ทำให้ขนาดของระบบสามารถเพิ่มขึ้นจาก 51 คิวบิตเป็น 256 คิวบิต นักวิจัยสามารถใช้ปากกาแสงเพื่อจัดเรียงอะตอมในรูปแบบที่ไม่มีข้อผิดพลาดและสร้างรูปทรงที่สามารถเขียนโปรแกรมได้ ซึ่งช่วยให้สามารถมีปฏิสัมพันธ์ที่แตกต่างกันระหว่างคิวบิต

“เครื่องมือหลักของแพลตฟอร์มใหม่นี้คืออุปกรณ์ที่เรียกว่า spatial light modulator ซึ่งใช้ในการสร้างรูปทรงของคลื่นแสงเพื่อสร้างรูปทรงของเลเซอร์” Ebadi กล่าว “อุปกรณ์เหล่านี้เหมือนกับที่ใช้ในเครื่องฉายภาพเพื่อแสดงภาพบนจอ แต่เราทำให้มันสามารถใช้ได้ในซิมูเลเตอร์ควอนตัมของเรา”

อะตอมถูกโหลดเข้าไปในปากกาแสงแบบสุ่มก่อนที่นักวิจัยจะย้ายอะตอมและจัดเรียงไว้ในรูปแบบที่ต้องการ ปากกาแสงแบบเคลื่อนที่ชุดสองถูกใช้เพื่อดึงอะตอมไปยังตำแหน่งที่ต้องการ ซึ่งจะกำจัดความสุ่มเริ่มต้น เลเซอร์ทำให้นักวิจัยสามารถควบคุมการวางตำแหน่งของคิวบิตและจัดการควอนตัมได้อย่างเต็มที่

Tout Wang เป็นนักวิจัยฟิสิกส์ที่ฮาร์วาร์ดและเป็นหนึ่งในผู้เขียนของเอกสาร

“งานของเราส่วนหนึ่งของการแข่งขันที่มีความเข้มข้นและได้รับการยอมรับในระดับโลกในการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใหญ่ขึ้นและดีขึ้น” Wang กล่าว “ความพยายามโดยรวม (นอกเหนือจากของเราเอง) มีสถาบันวิจัยชั้นนำและลงทุนจากภาคเอกชนโดย Google (GOOGL ), IBM, Amazon (AMZN ) และอื่นๆ”

ทีมงานกำลังทำงานเพื่อปรับปรุงระบบโดยการปรับปรุงการควบคุมเลเซอร์เหนือคิวบิต และทำให้ระบบสามารถเขียนโปรแกรมได้มากขึ้น ตามนักวิจัย การใช้งานที่เป็นไปได้ bao gồm การสืบค้นสถานะควอนตัมที่ไม่ปกติและแก้ปัญหาที่แท้จริงที่สามารถเข้ารหัสบนคิวบิตได้

“งานนี้ทำให้เรามีทิศทางทางวิทยาศาสตร์ใหม่ๆ มากมาย” Ebadi กล่าว “เรายังไม่ถึงขีดจำกัดของสิ่งที่สามารถทำได้ด้วยระบบเหล่านี้”