Quantum Computers Bust Problem Konventionelle Computere Kan Ikke Løse

{h1}

Det handler om at smøre dine atomer.

Femtiotallet atomer buzz gennem en lomme med tom plads. Usynlige kraftlinjer - kvante magnetisme - kæde dem sammen. Jiggle one, de andre jiggle i sympati. Ring en anden som en klokke, og de andre vil hente sangen på en anden tone eller en langsommere hastighed. Hver handling på et hvilket som helst atom påvirker hinanden atom i 50. Det er en lille verden med udfoldelse af subtilitet og kompleksitet.

Der er grænser i vores større verden, der gør sådanne jiggles vanskelige at forudsige. For eksempel bevæger intet hurtigere end lysets hastighed, og intet frosset punkt bliver koldere end absolut nul. Her er en anden grænse: Vores klumpete, klassiske computere kan ikke forudsige, hvad der vil ske i den lille verden af ​​50 interaktive atomer.

Problemet er ikke, at vores computere ikke er store nok; Hvis antallet var 20 atomer, kunne du køre simuleringen på din bærbare computer. Men et sted undervejs, som den lille verden svulmer med at omfatte 50 atomer, problemet med at forudsige, hvordan de vil opføre sig for vanskeligt for din bærbare computer, eller en hvilken som helst normal computer, til at løse. Selv den største konventionelle supercomputer menneskehed, der nogensinde vil opbygge, ville tabe sig for evigt i en labyrint af beregninger - hvilket svar det til sidst kan spytte ud, måske ikke kommer før længe efter universets varedød. [De 18 største uløste mysterier i fysik]

Og alligevel er problemet netop blevet løst.

To gange, faktisk.

To laboratorier, en ved Harvard og en ved University of Maryland (UMD), byggede maskiner, der kan simulere kvantemagnetik på denne skala.

Deres resultater, der blev offentliggjort som tvillingpapir 29. november i tidsskriftet Nature, demonstrerer evner af to specielle kvantecomputere, der spring langt ud over hvad enhver traditionel eller kvantecomputer tidligere bygget har været i stand til at opnå.

Værktøjer til opgaven ved hånden

Med henvisning til maskinen i hans laboratorium fortalte Mikhail Lukin, en af ​​lederne af Harvard-holdet, WordsSideKick.com, at "Det er dybest set en kvantesimulator."

Det betyder at computeren er bygget til en bestemt opgave: at studere udviklingen af ​​kvantesystemer. Det vil ikke bryde krypteringskoder på verdens banker, finde det højeste bjerg i et bjergkæde eller trække af nogen af ​​de andre opgaver, som generelle kvantecomputere passer til.

I stedet er Harvard- og UMD-maskinerne virkelig gode til at løse en bestemt slags problem: Hvis et kompliceret kvantesystem starter i en tilstand, hvordan vil det bevæge sig og udvikle sig?

Det er et snævert spørgsmål, men forskerne udvikler teknologier og skaber nye fysiske opdagelser, der giver mulighed for endnu mere komplicerede computere, som vil fjerne endnu mere imponerende opgaver.

To forskellige maskiner

Maryland's og Harvard's kvantesimulatorer er ens på mange måder. De løser de samme problemer. De bruger individuelle atomer som qubits - de grundlæggende enheder af kvantecomputere. De involverer dyre lasere og vakuumkamre. Men de er ikke det samme.

I Maryland er qubits ioner - elektrisk ladede atomer - af det silvery-hvide metal ytterbium. Forskerne fangede 53 af dem på plads ved hjælp af små elektroder, der skabte magnetiske felter i et vakuum, der var langt mere tomt end ydre rum. Derefter slog de dem med lasere på en måde, der fik dem til at køle sig ned, indtil de var næsten stille. [Elementær, min kære: 8 elementer, du aldrig har hørt om]

UMD qubits lagrede deres information dybt inde i atomet som "spin states" - særlige kvantemekaniske egenskaber ved små partikler.

"Sagen om quantum bits er, at de holder alle deres oplysninger, så længe de er isolerede", fortalte Christopher Monroe, som ledede Maryland-holdet, WordsSideKick.com.

Men hvis forskere lader dem qubits ryste rundt for meget, eller kollidere i luftpartikler eller endda måle den spin-tilstand, qubit holder, bliver alle disse data tabt. (Under de sindsbøjningsregler, der regulerer kvanteverdenen, måles eller endog observeres en subatomisk partikel ændrer den.)

Disse magnetfelter peger på atomer på plads uden at berøre dem, så de forbliver mest forstyrrede.

Når Monroe og hans team havde ionerne, hvor de ønskede dem, skubbet de på dem igen ved hjælp af lasere. Det skubbe havde dog en udsmykning.

"Vi anvender en kraft til atomet, der skubber atomet [forskellige måder], afhængigt af qubitens spin-tilstand."

Men fordi qubit tilstanden er ukendt, forårsager kvodemekanikernes mærkelige love atomet til at bevæge sig i begge retninger på samme tid. Den lille partikel udstråler sig selv på tværs af rummet og bliver til en temmelig stor kvante magnet, der interagerer med alle sine søskende i elektrodefælden.

Når alle ionerne har spredt og forvandlet på denne underlige måde, interagerer de med hinanden meget hurtigt. Forskerne observerer resultaterne, og simuleringen er afsluttet.

Harvard Simulator

Harvards simulator virker ikke med ioner eller elektroder.

"Hvad vi har, er omkring 100 individuelle, stærkt fokuserede laserstråler fokuseret på en vakuumcelle," sagde Lukin. "Inde i cellen er en meget tynd damp af rubidium atomer."

Som om de er gode optiske pincetter, plukker disse lasere individuelle atomer ud af dampen og fælder dem på plads. Og de giver Harvard-teamet mulighed for fint at programmere deres enhed og arrangere atomer til præcis det opsætning, de vil teste, før de begynder deres simulering. [Beyond Higgs: 5 Elusive Particles That May Lurk In The Universe]

Når alle atomer er sat i rummet, og hele systemet køler til næsten absolut nul, rammer maskinen igen atomerne med lasere. Disse lasere bevæger sig dog ikke eller afkøler atomerne. I stedet får de dem til at blive spændte - og indtaste noget, der hedder en Rydberg-stat.

I en Rydberg-stat bliver atomerne ikke smurt mellem to punkter. I stedet svulmer de.

Hvert atom har elektroner, der kredser rundt om det, men normalt forbliver de elektroner begrænset til snævre baner. I en Rydberg-stat svinger elektronerne bredere og bredere, længere og længere væk fra kernen af ​​atomerne - indtil de krydser stier med de andre atomer i computersimuleringen. Alle disse vildt spændte atomer finder pludselig at dele det samme rum og - som i Maryland-maskine - interagerer med hinanden som kvante magneter, som forskerne kan observere.

Hvad det hele betyder, og hvor det går

En 50-kvarts kvante simulator er interessant, men det er endnu ikke utroligt nyttigt. Monroe sagde det næste skridt for hans laboratorium er at gå større, for at skabe arrays af 50 plus-qubit-kvantesimulatorer, der er sammenkoblet for at simulere endnu mere komplekse kvantebegivenheder.

Han sagde også, at hans hold og Harvards atomkvittere giver en køreplan for andre grupper, der forsøger at bygge kvantemaskiner.

"Det store ved atomkvitter er, at de er perfekte," sagde han.

I modsætning til mere komplicerede, større "solid state" qubits trykt på chips i laboratorier hos Google og IBM, vil en atom qubit holde fast på sine oplysninger, så længe det er uforstyrret.

Udfordringen for forskere som Monroe og Lukin er at opbygge lasere og vakuumkamre, der er præcise nok til, at de ikke vil forstyrre deres voksende arrays af qubits.

Oprindeligt udgivet på WordsSideKick.com.


Video Supplement: Learn about the Quantum D-Wave - Now in 15 Languages.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com