Tikko tika paziņots par milzīgu soli uz priekšu kvantu skaitļošanā: pirmā kvantu shēma

(Natālija Burova/Getty Images)

Austrālijas zinātnieki ir radījuši pasaulē pirmo tikpat daudz kā dators ķēde – tā, kas satur visas būtiskās sastāvdaļas, kas atrodamas klasiskajā datora mikroshēmā, bet kvantu mērogā.

Ievērojamais atklājums, kas publicēts Daba šodien apritēja deviņi gadi.

'Šis ir manas karjeras aizraujošākais atklājums,' vecākā autore un kvantu fiziķe Mišela Simmonsa, Silicon dibinātāja Kvantu skaitļošana un UNSW Kvantu skaitļošanas un komunikācijas tehnoloģiju izcilības centra direktors pastāstīja Energyeffici.



Simmons un viņas komanda ne tikai izveidoja būtībā funkcionālu kvantu procesoru, bet arī veiksmīgi to pārbaudīja, modelējot mazu molekulu, kurā katram atomam ir vairāki kvantu stāvokļi — tradicionālam datoram būtu grūti sasniegt.

Tas liecina, ka tagad esam soli tuvāk tam, lai beidzot izmantotu kvantu apstrādes jaudu, lai izprastu vairāk par apkārtējo pasauli pat vismazākajā mērogā.

'1950. gados Ričards Feinmens teica, ka mēs nekad nesapratīsim, kā darbojas pasaule — kā darbojas daba —, ja vien mēs faktiski nesāksim to veidot tādā pašā mērogā,» Simons stāstīja Energyefic.

“Ja mēs varam sākt izprast materiālus tādā līmenī, mēs varam izstrādāt lietas, kas vēl nekad nav ražotas.

'Jautājums ir: kā jūs faktiski kontrolējat dabu šajā līmenī?'

Jaunākais izgudrojums seko tam, kad komanda 2012. gadā izveidoja pirmo kvantu tranzistoru.

(A tranzistors ir neliela ierīce, kas kontrolē elektroniskos signālus un veido tikai vienu datora ķēdes daļu. Integrētā shēma ir sarežģītāka, jo tā apvieno daudz tranzistoru.)

Lai veiktu šo lēcienu kvantu skaitļošanā, pētnieki izmantoja skenēšanas tunelēšanas mikroskopu īpaši augstā vakuumā, lai novietotu kvantu punktus ar subnanometra precizitāti.

Katram kvantu punktam bija jābūt pareizi izvietotam, lai ķēde varētu atdarināt to, kā elektroni lec pa vienas un divkāršas ogļu virkni poliacetilēna molekulā.

Sarežģītākās daļas bija izdomāt: cik daudz fosfora atomu vajadzētu būt katrā kvantu punktā; precīzi, cik tālu jāatrodas katram punktam; un pēc tam izstrādājiet mašīnu, kas varētu ievietot sīkos punktus tieši pareizajā izkārtojumā silīcija mikroshēmā.

Ja kvantu punkti ir pārāk lieli, mijiedarbība starp diviem punktiem kļūst 'pārāk liela, lai tos neatkarīgi kontrolētu', saka pētnieki.

Ja punkti ir pārāk mazi, tas rada nejaušību, jo katrs papildu fosfora atoms var būtiski mainīt enerģijas daudzumu, kas nepieciešams, lai punktam pievienotu vēl vienu elektronu.

Galīgajā kvantu mikroshēmā bija 10 kvantu punkti, no kuriem katrs sastāvēja no neliela skaita fosfora atomu.

Divkāršās oglekļa saites tika simulētas, novietojot mazāku attālumu starp kvantu punktiem nekā vienas oglekļa saites.

Poliacetilēns tika izvēlēts, jo tas ir labi zināms modelis, un tāpēc to varēja izmantot, lai pierādītu, ka dators pareizi simulē elektronu kustību caur molekulu.

Kvantu datori ir nepieciešami, jo klasiskie datori nevar modelēt lielas molekulas; tie ir pārāk sarežģīti.

Piemēram, lai izveidotu penicilīna molekulas simulāciju ar 41 atomu, klasiskajam datoram būtu nepieciešami 1086tranzistori, kas ir ' vairāk tranzistoru nekā novērojamajā Visumā ir atomu '.

Kvantu datoram tam būtu nepieciešams tikai procesors ar 286 kubiti (kvantu biti).

Tā kā zinātniekiem pašlaik ir ierobežota redzamība par to, kā molekulas darbojas atomu mērogā, jaunu materiālu radīšanā ir daudz minējumu.

“Viens no svētajiem grāļiem vienmēr ir bijis augstas temperatūras radīšana supravadītājs ,” saka Simmons. 'Cilvēki vienkārši nezina mehānismu, kā tas darbojas.'

Vēl viens potenciāls kvantu skaitļošanas pielietojums ir mākslīgās fotosintēzes izpēte un tas, kā gaisma tiek pārveidota ķīmiskajā enerģijā, izmantojot organisko reakciju ķēdi.

Vēl viena liela problēma, ko varētu palīdzēt atrisināt kvantu datori, ir mēslošanas līdzekļu radīšana. Trīskāršās slāpekļa saites pašlaik tiek sarautas augstas temperatūras un spiediena apstākļos dzelzs katalizatora klātbūtnē, lai mēslojumam izveidotu fiksētu slāpekli.

Atrodot citu katalizatoru, kas var efektīvāk padarīt mēslojumu, varētu ietaupīt daudz naudas un enerģijas.

Simmons saka, ka sasniegums pāriet no kvantu tranzistora uz ķēdi tikai deviņu gadu laikā atdarina klasisko datoru izgudrotāju noteikto ceļvedi.

Pirmais klasiskais datora tranzistors tika izveidots 1947. gadā. Pirmā integrālā shēma tika uzbūvēta 1958. gadā. Šo divu izgudrojumu starpība bija 11 gadi; Simmonsa komanda veica šo lēcienu divus gadus pirms grafika.

Šis raksts tika publicēts Daba .

Populārākas Kategorijas: Fizika , Sabiedrību , Veselība , Tech , Skaidrotājs , Vidi , Cilvēkiem , Daba , Viedoklis , Neklasificēts ,

Par Mums

Neatkarīgu, Pārbaudītu Faktu Publicēšana Par Veselību, Telpu, Dabu, Tehnoloģijām Un Vidi.