Przełom w dziedzinie obliczeń kwantowych na Harvard-MIT. „Wchodzimy w zupełnie nową część świata kwantowego”

Zespół fizyków z Harvard-MIT Center for Ultracold Atoms i innych uczelni opracował specjalny rodzaj komputera kwantowego, znanego jako programowalny symulator kwantowy, który może działać z 256 bitami kwantowymi (kubitami). To największy tego typu symulator, jaki kiedykolwiek powstał.

System ten daje ogromny postęp w kierunku budowy wielkoskalowych maszyn kwantowych, które mogą ostatecznie pomóc w osiągnięciu przełomów w materiałoznawstwie, technologiach komunikacyjnych, finansach i wielu innych dziedzinach. Kubity są podstawowymi elementami budulcowymi, na których działają komputery kwantowe i źródłem ich ogromnej mocy obliczeniowej.

Projekt wykorzystuje ulepszoną wersję platformy opracowanej przez badaczy w 2017 roku, która była w stanie osiągnąć rozmiar 51 kubitów. Ten starszy system umożliwił naukowcom wychwycenie ultrazimnych atomów rubidu i ułożenie ich w określonej kolejności za pomocą jednowymiarowego układu indywidualnie skupionych wiązek laserowych, zwanych pęsetami optycznymi.

Nowy system pozwala na łączenie atomów w dwuwymiarowe układy pęset optycznych. Zwiększa to osiągalny rozmiar systemu z 51 do 256 kubitów. Za pomocą pęsety naukowcy mogą układać atomy w pozbawione wad wzory i tworzyć programowalne kształty: kwadratowe, o strukturze plastra miodu lub trójkątne, w celu zaprojektowania różnych interakcji między kubitami.

„Wchodzimy w zupełnie nową część świata kwantowego” – powiedział Mikhail Lukin, profesor fizyki George Vasmer Leverett, współdyrektor Harvard Quantum Initiative i jeden z autorów badania.

“Liczba możliwych stanów kwantowych przekracza liczbę atomów w Układzie Słonecznym”

“Koniem roboczym nowej platformy jest urządzenie zwane przestrzennym modulatorem światła, które służy do kształtowania czoła fali optycznej w celu wytworzenia setek indywidualnie skupionych wiązek” – powiedział Sepehr Ebadi, student fizyki w Graduate School of Arts and Sciences i jeden z głównych autorów badania. “Te urządzenia są zasadniczo takie same, jak te używane w projektorze komputerowym do wyświetlania obrazów na ekranie, ale zaadaptowaliśmy je tak, aby były kluczowym elementem naszego symulatora kwantowego” – wyjaśnił.

Fizyka w programowaniu. Przykłady z pracy programisty

Ebadi uważa, że to właśnie połączenie niespotykanej wielkości i programowalności systemu stawia go w czołówce wyścigu o najlepszy komputer kwantowy, który wykorzystuje tajemnicze właściwości materii w ekstremalnie małych skalach, aby znacznie zwiększyć moc przetwarzania. Wzrost kubitów oznacza, że ​​system może przechowywać i przetwarzać więcej informacji niż klasyczne bity, na których działają standardowe komputery.

“Liczba stanów kwantowych, które są możliwe przy zaledwie 256 kubitach, przekracza liczbę atomów w Układzie Słonecznym” – podał Ebadi dla zwrócenia uwagi na skalę przedsięwzięcia.

To dopiero początek

Symulator pozwolił już naukowcom zaobserwować kilka nowych stanów kwantowych materii, które nigdy wcześniej nie były realizowane eksperymentalnie, oraz przeprowadzić badanie przejścia fazowego tak dokładnie, że może służyć jako podręcznikowy przykład działania magnetyzmu na poziomie kwantowym.

Eksperymenty te dostarczają potężnych informacji na temat fizyki kwantowej i mogą pomóc naukowcom w tym, jak projektować nowe materiały o niespotykanych dotąd właściwościach.

Obecnie naukowcy pracują nad ulepszeniem systemu poprzez poprawę kontroli laserowej nad kubitami. Badają również, w jaki sposób system można wykorzystać do nowych zastosowań, od sondowania egzotycznych form materii kwantowej po rozwiązywanie trudnych problemów świata rzeczywistego, które można naturalnie zakodować na kubitach.

“Ta praca otwiera ogromną liczbę nowych kierunków naukowych” – powiedział Ebadi. “Nawet nie zbliżamy się do granic tego, co można zrobić z tymi systemami” – dodał.Zdjęcie główne pochodzi z unsplash.com. Źródło: SciTechDaily.

Zapraszamy do dyskusji

Patronujemy

 
 
More Stories
Jak wygląda praca w firmie liczącej 2,4 tys. osób? Pytamy programistów Guidewire