Kukaiņa kustība uz ūdens virsmas rada divus viļņojumu kopumus, kas pārklājas viens ar otru, radot interferences modeli, kas redzams pulksten 11-12, Ņūmeksika, 2019. gada 29. maijs. | Attēla avots: Maiks Levinskis/Unsplash
Viens no karstākajiem jaunumiem skaitļošanas pasaulē mūsdienās ir kvantu datori (otrs ir mākslīgais intelekts). Nesen IBM publicēts papīrs kas apgalvoja, ka ir pierādījis, ka kvantu dators var atrisināt problēmu noderīga Problēma, ko mūsdienu tradicionālie datori nespēj, un tā ir sekas, ko pelna bažas, ka to aprēķini var kļūt pārāk neuzticami, jo tie kļūst pārāk sarežģīti.
Kas ir kubiti?
Kvantu datori izmanto kubitus kā informācijas pamatvienības. Kubits var būt daļiņa – kā elektrons; Daļiņu kolekcija vai kvantu sistēma, kas izstrādāta tā, lai tā darbotos kā daļiņa. Daļiņas var darīt dīvainas lietas, ko nevar lieli objekti, piemēram, pusvadītāji klasiskajos datoros, jo tās vadās pēc kvantu fizikas noteikumiem. Šie noteikumi ļauj katram kubitam vienlaikus būt “ieslēgts” un “izslēgts”, piemēram.
Kvantu skaitļošanas hipotēze ir tāda, ka informāciju var “iekodēt” kādā daļiņas īpašībā, piemēram, elektrona spinā, un pēc tam apstrādāt, izmantojot šīs dīvainās iespējas. Rezultātā tiek sagaidīts, ka kvantu datori veiks sarežģītus aprēķinus, kas nav pieejami mūsdienu labākajiem superdatoriem.
Citas kvantu skaitļošanas formas izmanto citas informācijas vienības. Piemēram, lineārā optiskā kvantu skaitļošana (LOQC) izmanto fotonus un gaismas daļiņas kā kubitus. Tāpat kā dažādas informācijas daļas var apvienot un manipulēt, iekodējot tās elektronos un pēc tam liekot elektroniem mijiedarboties dažādos veidos, LOQC demonstrē optisko iekārtu, piemēram, spoguļu, lēcu, sadalītāju, viļņu plākšņu utt., izmantošanu ar fotoniem. lai apstrādātu informāciju.
Patiešām, jebkurai daļiņai, kuru var kontrolēt un manipulēt, izmantojot kvantu mehānikas parādības, uz papīra jābūt izmantojamai kā informācijas vienībai kvantu datorā.
Kas ir fononi?
Tāpēc fiziķi domā, vai viņi var izmantot arī fononus. Fotoni ir gaismas enerģijas paketes. Tāpat fononi ir vibrējošas enerģijas paketes. Tātad jautājums ir: vai mēs varam izveidot kvantu datoru, kura informācijas vienība sarunvalodā ir neskarta?
saskaņā ar papīru Ievietots Zinātnes Šajā mēnesī tam vajadzētu būt iespējai.
Problēma ir tā, ka pētnieki var manipulēt ar elektroniem ar elektrisko strāvu, magnētiskajiem laukiem utt., un viņi var manipulēt ar fotoniem ar spoguļiem, lēcām utt., bet ar ko viņi var manipulēt ar fononiem? Šim nolūkam jaunajā pētījumā Čikāgas universitātes pētnieki ziņo par akustiskā staru sadalītāja izstrādi.
Kas ir staru sadalītājs?
Optikas pētījumos plaši izmanto staru sadalītājus. Iedomājieties lāpu, kas spīd pa taisnu līniju. Tā būtībā ir fotonu plūsma. Kad staru sadalītājs tiek novietots gaismas ceļā, tas sadala staru divās daļās: tas atspoguļos 50% fotonu uz vienu pusi un ļaus pārējiem 50% iziet cauri.
Lai gan tas izklausās vienkārši, staru sadalītāja darbība faktiski ir balstīta uz kvantu fiziku. Ja jūs to apspīdināsit miljons fotonu, tas radīs divus starus, katrs pa 500 000 fotonu. Pēc tam mēs varam atspoguļot šos divus starus, lai krustotos viens ar otru, radot traucējumu modeli (atcerieties Janga eksperimentu ar dubulto spraugu). Taču pētnieki atklāja, ka traucējumu modelis parādās pat tad, ja tie pa vienam spīdina staru sadalītājā esošos fotonus. Kādi fotoni ir iesaistīti? Atbilde ir paši.
Tas ir tāpēc, ka a) daļiņas var uzvesties arī kā viļņi, un b) līdz novērojuma veikšanai kvantu sistēma eksistē visu iespējamo stāvokļu superpozīcijā (piemēram, kubits ir daļēji ieslēgts un daļēji izslēgts). laiks). Tātad, kad viens vilnis mijiedarbojas ar staru sadalītāju, tas nonāk divu iespējamo iznākumu – atstarotā un pārraidītā – superpozīcijā. Kad šie stāvokļi apvienojas, Intervences stils Viņš parādās.
Ko paveica jaunais pētījums?
Jaunajā pētījumā pētnieki izstrādāja akustisko staru sadalītāju – nelielu ķemmei līdzīgu ierīci ar 16 metāla stieņiem, kas izvirzīti no tā. Tas tika novietots 2 mm litija niobāta kanāla vidū. Katrā kanāla galā bija supravadošs kubits — kubits, kura ķēdes komponenti bija supravadoši —, kas vienlaikus varēja izstarot un noteikt atsevišķus fononus. Visa iekārta tika turēta ļoti zemā temperatūrā.
Ja šie fononi tiktu pārvērsti skaņā, to frekvence būtu pārāk augsta, lai cilvēki tos dzirdētu. Katrs pētījuma fonons, saskaņā ar dokumentu, atspoguļo aptuveni kvadriljonu atomu “kolektīvo” vibrāciju.
Komanda atklāja, ka šie fononi mijiedarbojas ar ķemmi tāpat kā fotoni mijiedarbojas ar optisko staru sadalītāju. Kad tālrunis izstaro no kanāla kreisās puses, tas tiek atspoguļots pusi laika, bet otra puse tiek pārraidīts uz labo pusi. Kad fononi tika raidīti vienlaikus no kreisās un labās puses, tie nonāca vienā pusē (kā gaidīts).
Tālruņa dators…?
“Fundamentāls zinātniskais jautājums ir par to, vai fononi … patiesībā uzvedas tā, kā saka kvantu mehānika,” sacīja Endrjū Klelends, Pritzker Molekulārās inženierijas skolas fiziķis un pētījuma grupas loceklis. Fizika žurnāls. Viņa komandas testi pierāda, ka viņi to dara.
Taču līdz funkcionālam kvantu datoram, kas izmanto fononus kā informācijas vienības, joprojām ir tāls ceļš. Notingemas Universitātes fiziķis Endrjū Armors to izteica plašāk Zinātnes jaunumiTas, ko jūs darāt, ir mērogošana [quantum] Toolbox… cilvēki to izmantos, tas ilgs, un nekas neliecina, ka tas tuvākajā laikā apstāsies.”
-
IBM ir publicējis rakstu, kurā apgalvots, ka ir pierādījis, ka kvantu dators var atrisināt problēmu noderīga Problēma, ko mūsdienu tradicionālie datori nespēj, un tās ir sekas, ko pelna bažas, ka to aprēķini var kļūt pārāk neuzticami, jo tie kļūst pārāk sarežģīti.
-
Komanda atklāja, ka šie fononi mijiedarbojas ar ķemmi tāpat kā fotoni mijiedarbojas ar optisko staru sadalītāju.
-
Optikas pētījumos plaši izmanto staru sadalītājus. Iedomājieties lāpu, kas spīd pa taisnu līniju. Tā būtībā ir fotonu plūsma. Kad staru sadalītājs tiek novietots gaismas ceļā, tas sadala staru kūli divās daļās: tas atspoguļos 50% fotonu uz vienu pusi un ļaus pārējiem 50% iziet cauri.
