«Это научная фантастика»: ученые создают принципиально новый тип квантовых компьютеров

Публикация: 05.08.2022
Источник Комментарии

«Это научная фантастика»: ученые создают принципиально новый тип квантовых компьютеров

Квантовые вычисления, несмотря на то, что они все еще находятся в зачаточном состоянии, в разы увеличат вычислительную мощность компьютеров за счет использования странного поведения частиц в мельчайших масштабах. Некоторые исследовательские группы уже сообщают о выполнении вычислений, на которые у традиционного суперкомпьютера ушли бы тысячи лет. В долгосрочной перспективе квантовые компьютеры обеспечат нерушимое шифрование и моделирование природы за пределами сегодняшних возможностей.

Новое исследование

Междисциплинарная исследовательская группа под руководством Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, включающая сотрудников Гарвардского университета, разработала принципиально новую стратегию создания квантовых компьютеров. Пока сейчас инженеры используют схемы, полупроводники и другие инструменты электротехники, команда ученых разработала план, основанный на способности химиков проектировать атомарные строительные блоки. Они контролируют свойства более крупных молекулярных структур, когда они собираются вместе.

Выводы исследователей, опубликованные в журнале Nature Chemistry, в конечном итоге приведут к скачку мощности квантовой обработки.

Квантовые функциональные группы исследователей (ярко окрашенные сферы), соединяющиеся с более крупными молекулами. 
Изображение: Стефан Салливан

«Идея состоит в том, чтобы вместо создания квантового компьютера позволить химикам построить его для нас, — объясняет Эрик Хадсон, профессор физики из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и автор исследования. — Все мы все еще изучаем правила для этого типа квантовой технологии. Сейчас эта работа сейчас скорее научно-фантастическая».

Как работают кубиты?

Базовыми единицами информации в традиционных вычислениях являются биты, каждый из которых ограничен одним из двух значений. Напротив, группа квантовых битов — или кубитов — может иметь гораздо более широкий диапазон значений, экспоненциально увеличивая вычислительную мощность компьютера. Для представления всего 10 кубитов требуется более 1 000 обычных битов, а для 20 кубитов требуется более 1 миллиона битов.

Эта характеристика, которая лежит в основе трансформационного потенциала квантовых вычислений, зависит от парадоксальных правил, которые применяются при взаимодействии атомов. Например, когда две частицы взаимодействуют, они могут стать связанными или запутанными, так что измерение свойств одной определяет свойства другой. Запутывание кубитов является требованием квантовых вычислений.

В чем проблема?

Однако эта запутанность непрочна. Когда кубиты сталкиваются с тонкими изменениями в своем окружении, они теряют свою «квантовость», которая необходима для реализации квантовых алгоритмов. Это ограничивает самые мощные квантовые компьютеры менее чем 100 кубитами, а для поддержания их работы в квантовом состоянии требуются слишком ресурсов.

Чтобы применить квантовые вычисления на практике, инженеры должны увеличить вычислительную мощность. Авторы исследования продвинулись в этом вопросе: они создали молекулы, защищающие квантовое поведение.

Есть решение

Ученые разработали небольшие молекулы, которые включают атомы кальция и кислорода и действуют как кубиты. Такие кальций-кислородные структуры образуют то, что химики называют функциональной группой. Их можно подключить практически к любой другой молекуле, а также придать ей необычные свойства.

Команда показала, что их функциональные группы сохраняют желаемую структуру даже при присоединении к гораздо более крупным молекулам. Их химические кубиты даже выдерживают лазерное охлаждение, что является ключевым требованием для квантовых вычислений.

К чему это приведет?

Если связать квантовую функциональную группу с поверхностью или какой-нибудь длинной молекулой, то можно управлять большим количеством кубитов, объясняют авторы исследования. Кроме того, масштабирование будет очень дешевым. «Атом — одна из самых дешевых вещей во Вселенной. Их можно сделать столько, сколько захотите» — отметили ученые.

Кроме того, квантовая функциональная группа пригодится для фундаментальных открытий в химии и науках о жизни. Например, поможет ученым больше узнать о структуре и функциях различных молекул и химических веществ в организме человека.

Также кубиты можно использовать как высокочувствительные инструменты для измерений. Главное защитить их так, чтобы они выжили в сложных средах: например, в биологических системах. Тогда ученые получат много новой информации о нашем мире.

Однако разработка квантового компьютера на химической основе может реально занять десятилетия и не обязательно будет успешной, заключают ученые. Для начала надо привязать кубиты к более крупным молекулам, заставить их взаимодействовать как процессоры без нежелательных сигналов и запутать их, чтобы они работали как система.

Читать далее:

Скоро на Землю обрушится солнечная буря: материал летит со скоростью 800 км/с

Ученые сняли на видео странное существо с щупальцами, которое приняли за цветок

Россия покидает МКС: что теперь будет и почему обслуживание станции под угрозой


Понравилась статья? Поделись с друзьями!

LongReef Team Автор статьи: LongReef Team
19
Нет Комментариев.
Но, вы можете быть первыми кто его оставит

Авторизуйся что бы оставить свой коммент...

Популярные Статьи

Прошло уже почти 100 лет с тех пор, как астрофизики пришли к консенсусу и признали расширение...
19.08.2022
На прошлой неделе китайские СМИ объявили о завершении строительства первой испытательной линии...
17.08.2022
Экстремальная жара в 2022 году вызвала лесные пожары, засуху и таяние ледников. Однако благодаря ей...
17.08.2022
Для тех, кому всегда хотелось назвать планету, НАСА подготовило такую возможность. «Хайтек»...
16.08.2022
Сноуборд появился благодаря коренным гавайцам, желанию серферов кататься, даже когда нет волн, и...
16.08.2022
После запуска телескопа «Джеймс Уэбб» астрофизики начали объявлять об обнаружении самых далеких и...
16.08.2022
Исследование показало, что темная энергия появляется в результате давления гигантских космических...
12.08.2022
26 июля «Роскосмос» заявил, что Россия покинет Международную космическую станцию после 2024 года и...
10.08.2022
Социологи из Чикагского университета разработали алгоритм, который может прогнозировать...
10.08.2022
Идею, которая раньше была только гипотезой и частью научной фантастики, теперь можно подтвердить....
09.08.2022
6 августа 2012 года марсоход Curiosity успешно приземлился в кратере Гейла на Марсе. За эти годы он...
08.08.2022
Кризис производства кремния показал, как сильно мы зависим от полупроводников. Нехватка материала,...
06.08.2022
Группа искусственного интеллекта DeepMind раскрыла структуру почти каждого белка, известного науке....
05.08.2022
Автономный миниатюрный робот будет оперировать астронавтов и землян в удаленных регионах. «Хайтек»...
03.08.2022
Изучение и освоение Арктики, развитие Северного морского пути — один из приоритетов России....
03.08.2022
Сетевая система на борту МКС направляет лазерный луч на Землю, чтобы бороться с вырубкой лесов. Это...
02.08.2022
В ходе нового исследования ученые выяснили, что супергены встречаются гораздо чаще, чем считалось...
01.08.2022
Ученые исследовали распределение темной материи на расстоянии в 12 млрд световых лет, и это не...
01.08.2022
В эти выходные, 30 по 31 июля будет сразу три метеорных потока одновременно. Этот небесный...
29.07.2022
Космические агентства отслеживают траекторию полета китайской ракеты, которая, по прогнозам, должна...
29.07.2022
Новаторская швейцарская школа-интернат в сотрудничестве с архитектурной компанией SAGA Space...
28.07.2022
Россия объявила, что покидает Международную космическую станцию (МКС) в 2024 году и собирается...
27.07.2022
Во всем мире уже несколько лет говорят об ответственном отношении к планете и снижении углеродного...
27.07.2022
Считается, что если человек будет усердно работать, то он добьется успеха. Но существует и то, над...
26.07.2022
Сверхъестественно похожий на человека робот, которого запрограммировали на социальное...
26.07.2022
В июле 2022 года миссия Landsat празднует 50-летие. «Хайтек» рассказывает, как и зачем работают...
25.07.2022
Женщина, отдыхающая в одном из отелей, попыталась подать в суд после того, как обнаружила...
25.07.2022
Врачи-педиатры и вирусологи составили обзор педиатрических исследований. В нем они обобщили выводы...
22.07.2022
Одна из причин, по которой трудно изучать взаимодействие между черными дырами и звездами,...
22.07.2022
В вечной мерзлоте Юкона нашли хорошо сохранившегося шерстистого мамонта возрастом около 30 000 лет....
20.07.2022
Администратор НАСА Билл Нельсон недавно дал интервью немецкой газете Bild. В нем он заявил, что...
19.07.2022
Бартли Гриффит — кардиохирург из Университета Мэриленд в Балтиморе, который за свою карьеру сделал...
19.07.2022
Уже много лет ученые спорят о теории происхождения Земли. Новая работа международной группы ученых...
18.07.2022
НАСА опубликовало новые снимки галактик, которые находятся в тысячах световых лет от нас. Их сделал...
18.07.2022
В пещере Центральной Танзании неизвестные художники сделали рисунки фигурок с необычными головами....
15.07.2022
Канадские палеонтологи раскопали почти 300 окаменелостей, которым около полумиллиарда лет. Среди...
14.07.2022
Владелец Tesla Илон Маск может попасть в сложную ситуацию из-за своей идеи купить Twitter. Сделка...
13.07.2022
В метавселенной проводят концерты, на которых собираются миллионы человек, звезды мирового уровня...
12.07.2022
Ученые провели исследование, чтобы выяснить глобальные последствия ядерной катастрофы, если она...
07.07.2022
Квантовые компьютеры пока остаются сложными лабораторными устройствами. У них огромный потенциал:...
06.07.2022
Обычно GoPro хорошо работают под водой, но почему смартфоны не делают полностью водонепроницаемыми?...
06.07.2022
В течение десятилетий физики искали доказательства существования бозона Хиггса как «последней...
05.07.2022
Ученые в Англии установили новый рекорд по количеству произведенной энергии ядерного синтеза — они...
05.07.2022
Группа астрономов изучила два близлежащих шаровых скопления, 47 Tucanae и Omega Centauri, в поисках...
04.07.2022
Группа исследователей из Массачусетского технологического института придумала радикальный способ...
01.07.2022
Швейцарские Альпы — это странное место для поиска существ, которые когда-то жили в океане. Эта...
01.07.2022
В 2022 году наблюдается особенно много солнечных вспышек. «Хайтек» рассказывает о самых мощных...
30.06.2022
Долгожданная комета C/2017 K2 (PanSTARRS) дошла до Солнечной системы. «Хайтек» рассказывает,...
30.06.2022
Цифровая одежда постепенно превращается в актуальный тренд в России — в этом смысле мы не просто...
30.06.2022
Компания Venus Aerospace недавно представила концепт гиперзвукового самолета, который передвигается...
30.06.2022
В Amazon заявили, что работают над обновлением, которое позволит цифровому помощнику Alexa...
30.06.2022
Окутанные тьмой и тайной, существа из глубин океана выживают в очень тяжелых условиях. «Хайтек»...
30.06.2022
В нашей галактике должно быть около 100 млн черных дыр, большая часть которых должна быть...
30.06.2022
Европейское агентство по охране окружающей среды опубликовало новый отчет. Оказалось, что состояние...
29.06.2022
Сложная биология паразита сыграла свою роль, но эксперты говорят, что медицинскому сообществу не...
28.06.2022
Есть много способов тренировки искусственного интеллекта. Один из них — обучение с подкреплением,...
27.06.2022
Ученые из Китая говорят, что им удалось запустить модель искусственного интеллекта, столь же...
24.06.2022
То селфи, которое вы недавно опубликовали, можно использовать для обучения ИИ. Возможно, это не так...
24.06.2022
Авторы нового исследования смогли управлять тем, как свет проходил сквозь наночастицы. В результате...
23.06.2022
Человечество до сих пор борется с COVID-19. Но также растут риски, связанные с другими вирусами....
22.06.2022