Δημοφιλείς Αναρτήσεις

Επιλογή Συντάκτη - 2019

Νέος σχεδιασμός πρωτόγονου κβαντικού υπολογιστή βρίσκει εφαρμογή

Anonim

Οι επιστήμονες και οι μηχανικοί από τα πανεπιστήμια του Μπρίστολ και της Δυτικής Αυστραλίας έχουν αναπτύξει πώς να προσομοιώνουν αποτελεσματικά ένα «κβαντικό περίπατο» σε ένα νέο σχέδιο για έναν πρωτόγονο κβαντικό υπολογιστή.

διαφήμιση


Οι κβαντικοί υπολογιστές έχουν σημαντική δυνατότητα να ανοίξουν εντελώς νέες κατευθύνσεις για την επεξεργασία πληροφοριών και να αναθεωρήσουν τον τρόπο που σκεφτόμαστε και χρησιμοποιούμε την επιστήμη του υπολογισμού. Οι σύγχρονοι υπολογιστές διαδραματίζουν ήδη τεράστιο ρόλο στην κοινωνία - χειρίζονται και επεξεργάζονται συνήθως τεράστια ποσά δεδομένων και επιλύουν υπολογισμούς με απίστευτο ρυθμό. Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένα προβλήματα που απλά δεν μπορούν να επιλύσουν σε ένα χρήσιμο χρονικό διάστημα, ανεξάρτητα από το πόσο γρήγορα γίνονται. Η έννοια ενός κβαντικού ηλεκτρονικού υπολογιστή έχει ως στόχο να το αντιμετωπίσει αυτό, να διερευνήσει τον αδημοσίευτο υπολογισμό και να λύσει τουλάχιστον μερικά από αυτά τα προβλήματα που οι κλασσικοί υπολογιστές δεν μπορούν.

Η μελέτη που δημοσιεύθηκε σήμερα στο Nature Communications, αναφέρει ισχυρές ενδείξεις ότι με αυτή τη μέθοδο κάτι σημαντικό μπορεί να παρατηρηθεί ήδη με έναν πρωτόγονο κβαντικό υπολογιστή που δεν μπορεί να δει με έναν κλασικό υπολογιστή. Τα πρώτα πρώτα βήματα προς την κατεύθυνση αυτή έχουν εφαρμοστεί στο εργαστήριο στο Μπρίστολ.

Ο Δρ Ashley Montanaro, Λέκτορας Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Εμπειρογνώμονας EPSRC από τη Σχολή Μαθηματικών του Πανεπιστημίου του Μπρίστολ, δήλωσε: "Ο κβαντικός υπολογιστής είναι μια μηχανή σχεδιασμένη να χρησιμοποιεί κβαντομηχανική για να λύσει προβλήματα πιο αποτελεσματικά από κάθε πιθανό κλασικό υπολογιστή.

"Γνωρίζουμε κάποιους αλγόριθμους που μπορούν να τρέξουν σε τέτοιες μηχανές και είναι μια ανοιχτή και συναρπαστική πρόκληση για να βρούμε περισσότερα. Αλλά οι περισσότεροι από τους κβαντικούς αλγόριθμους που γνωρίζουμε πρέπει να τρέξουν σε έναν μεγάλης κλίμακας κβαντικό υπολογιστή για να δούμε μια ταχύτητα".

Η οικοδόμηση ενός κβαντικού υπολογιστή μεγάλης κλίμακας είναι σήμερα μια από τις μεγαλύτερες μηχανικές προκλήσεις. Υπάρχει μια αυξανόμενη παγκόσμια προσπάθεια για την ανάπτυξη ενός και χρειάζεται σημαντική προσπάθεια από ένα ευρύ φάσμα εμπειρογνωμοσύνης - μεταξύ άλλων, στο πλαίσιο του Εθνικού Προγράμματος Κβαντικών Τεχνολογιών του Ηνωμένου Βασιλείου (UKNQT). Τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να είναι τεράστια, προσφέροντας γρήγορους και φθηνούς τρόπους για το σχεδιασμό νέων υλικών και νέων φαρμακευτικών προϊόντων.

Υπάρχει όμως τώρα ένα πεδίο έρευνας που μπορεί να βοηθήσει στην επιτάχυνση της κατανόησης του τρόπου λειτουργίας των κβαντικών υπολογιστών και του τρόπου με τον οποίο μπορούν να τις εφαρμόσουν οι χρήστες. Εξετάζοντας τη δύναμη των μικρότερων και πιο πρωτόγορων σχεδίων για τους κβαντικούς υπολογιστές δείχνει ότι νωρίτερα από ό, τι πιστεύαμε, οι κβαντικές μηχανές θα μπορούσαν να ξεπεράσουν τις δυνατότητες της κλασσικής πληροφορικής για πολύ συγκεκριμένα καθήκοντα - το «δειγματοληψία Boson» είναι ένα πρόσφατο παράδειγμα που καθοδηγείται από το πειραματικά διαθέσιμο πολύ σύντομα.

Οι μεγάλες ερωτήσεις που αντιμετωπίζουν οι ερευνητές περιλαμβάνουν το τι μπορούν να κάνουν αυτοί οι πρωτόγονοι κβαντικοί επεξεργαστές που είναι χρήσιμοι για κάποιον και πόσο εξελιγμένα πρέπει να είναι. Τα αποτελέσματα που δημοσιεύονται στο σημερινό έγγραφο βοηθούν στην απάντηση σε αυτή την ερώτηση, εξετάζοντας πώς να προσομοιώσουμε συγκεκριμένα είδη ενός φαινομένου που ονομάζεται κβαντικός περίπατος.

Το κβαντικό περίπατο με την πρώτη ματιά είναι αφηρημένο. Αλλά είναι η κβαντομηχανική έκδοση πολύ χρήσιμων μοντέλων όπως η κίνηση Brownian και ο "τυχαίος περίπατος του μεθυσμένου ναυτικού". Η βασική διαφορά είναι ότι το σωματίδιο στην κβαντική βόλτα είναι προικισμένο με την αρχή της κβαντικής υπέρθεσης. Αυτό επέτρεψε σε άλλους ερευνητές να δείξουν ότι είναι ένας νέος τρόπος να σκεφτούμε πώς θα μπορούσαν να λειτουργήσουν οι κβαντικοί υπολογιστές πλήρους κλίμακας και να δημιουργηθούν χρήσιμοι κβαντικοί αλγόριθμοι.

Ο Xiaogang Qiang, PhD από τη Σχολή Φυσικής που υλοποίησε το πείραμα, δήλωσε: "Είναι σαν το σωματίδιο να μπορεί να εξερευνήσει το χώρο παράλληλα. Ο παραλληλισμός αυτός είναι βασικός για τους κβαντικούς αλγόριθμους που βασίζονται σε κβαντικούς περιπάτους που αναζητούν τεράστιες βάσεις δεδομένων πιο αποτελεσματικά από ό, . "

Ο Δρ. Jonathan Matthews, καθηγητής πρώτης σταδιοδρομίας EPSRC και καθηγητής στη Φυσική Σχολή και στο Κέντρο Κβαντικής Φωτονικής, εξήγησε: "Ένα συναρπαστικό αποτέλεσμα της δουλειάς μας είναι ότι ίσως έχουμε βρει ένα νέο παράδειγμα φυσικής κβαντικής βάδισης που μπορούμε να παρατηρήσουμε με ένα πρωτόγονο κβαντικό υπολογιστή, που άλλως ένας κλασικός υπολογιστής δεν μπορούσε να δει.

"Αυτές οι διαφορετικές κρυφές ιδιότητες έχουν πρακτική χρήση, ίσως βοηθώντας να σχεδιάσετε πιο εξελιγμένους κβαντικούς υπολογιστές."

διαφήμιση



Ιστορία Πηγή:

Τα υλικά που παρέχονται από το Πανεπιστήμιο του Bristol . Σημείωση: Το περιεχόμενο μπορεί να επεξεργαστεί για στυλ και μήκος.


Βιβλιογραφία :

  1. Xiaogang Qiang, Thomas Loke, Ashley Montanaro, Kanin Aungskunsiri, Xiaoqi Zhou, Jeremy L. O'Brien, Jingbo Β. Γουάνγκ, Τζόναθαν Κ. Ματθαίους. Αποτελεσματική κβαντική βόλτα σε έναν κβαντικό επεξεργαστή . Nature Communications, 2016; 7: 11511 DOI: 10.1038 / ncomms11511