Klíčové poznatky
- Jednoduchá mechanická zařízení inspirovala nedávný pokrok v kvantovém počítání.
- Výzkumníci ze Stanfordu vynalezli výpočetní techniku využívající akustická zařízení, která využívají pohyb.
- Kvantové výpočty zaznamenaly v posledních letech významný pokrok, zejména s demonstrací takzvané kvantové nadřazenosti.
Agnetta Cleland
Praktické kvantové počítače mohou být o krok blíže realitě díky novému výzkumu inspirovanému jednoduchými mechanickými zařízeními.
Výzkumníci Stanfordské univerzity tvrdí, že vyvinuli kritické experimentální zařízení pro budoucí technologie založené na kvantové fyzice. Technika zahrnuje akustické nástroje, které využívají pohyb, jako je oscilátor, který měří pohyb v telefonech. Je to součást rostoucího úsilí o využití podivných schopností kvantové mechaniky pro výpočetní techniku.
„Zatímco dnes mnoho společností experimentuje s kvantovými počítači, praktické aplikace nad rámec projektů „proof of concept“jsou pravděpodobně 2–3 roky daleko,“řekl Yuval Boger, hlavní marketingový ředitel kvantové výpočetní společnosti Classiq, Lifewire v roce e-mailový rozhovor. „Během těchto let budou představeny větší a výkonnější počítače a budou přijaty softwarové platformy, které umožní využívat výhod těchto připravovaných strojů."
Role mechanických systémů v kvantových výpočtech
Výzkumníci ze Stanfordu se snaží přenést výhody mechanických systémů na kvantové měřítko. Podle jejich nedávné studie publikované v časopise Nature dosáhli tohoto cíle spojením malých oscilátorů s obvodem, který dokáže ukládat a zpracovávat energii v qubit, neboli kvantovém „bitu“informace. Qubity generují kvantové mechanické efekty, které by mohly pohánět pokročilé počítače.
Způsob, jakým realita funguje na kvantově mechanické úrovni, se velmi liší od naší makroskopické zkušenosti se světem.
„S tímto zařízením jsme ukázali důležitý další krok ve snaze postavit kvantové počítače a další užitečná kvantová zařízení založená na mechanických systémech,“řekl Amir Safavi-Naeini, hlavní autor článku. tisková zpráva. „V podstatě se snažíme vybudovat ‚mechanické kvantově mechanické‘systémy.“
Vyrobit malá mechanická zařízení dalo hodně práce. Tým musel vyrobit hardwarové komponenty v rozlišení nanometrů a umístit je na dva křemíkové počítačové čipy. Výzkumníci poté vytvořili jakýsi sendvič, který spojil dva čipy dohromady, takže prvky na spodním čipu byly proti prvkům v horní polovině.
Spodní čip má hliníkový supravodivý obvod, který tvoří qubit zařízení. Vysílání mikrovlnných impulsů do tohoto obvodu generuje fotony (částice světla), které kódují qubit informace ve stroji.
Na rozdíl od konvenčních elektrických zařízení, která ukládají bity jako napětí představující buď 0 nebo 1, mohou qubity v kvantově mechanických zařízeních také představovat kombinace 0 a 1 současně. Jev známý jako superpozice umožňuje kvantovému systému vystoupit v několika kvantových stavech najednou, dokud není systém změřen.
„Způsob, jakým realita funguje na kvantově mechanické úrovni, se velmi liší od naší makroskopické zkušenosti se světem,“řekl Safavi-Naeini.
Agnetta Cleland
Pokrok v kvantovém počítání
Kvantová technologie se rychle vyvíjí, přesto existují překážky, které je třeba odstranit, než bude připravena pro praktické aplikace, řekl Itamar Sivan, generální ředitel společnosti Quantum Machines, Lifewire v e-mailovém rozhovoru.
„Kvantové výpočty jsou pravděpodobně nejnáročnějším měsíčním záběrem, kterým se jako společnost právě zabýváme,“řekl Sivan. "Aby se to stalo praktickým, bude to vyžadovat značný pokrok a průlomy ve více vrstvách kvantové výpočetní sady."
V současnosti jsou kvantové počítače pronásledovány hlukem, což znamená, že postupem času jsou qubity tak hlučné, že nemáme žádný způsob, jak porozumět datům, která jsou na nich, a stávají se neužitečnými, Zak Romaszko, inženýr společnost Universal Quantum uvedla v e-mailu.
"V praxi to znamená, že algoritmy pro kvantové počítače jsou omezeny pouze na malé množství času nebo počtu operací před selháním," řekl Romaszko. "Není jasné, zda tento hlučný režim může přinést praktické výsledky, ačkoli několik výzkumníků se domnívá, že simulace základních chemikálií je na dosah."
Kvantové výpočty zaznamenaly v posledních letech významný pokrok, zejména s demonstrací takzvané „kvantové nadřazenosti“, při níž kvantový počítač provedl operaci, o níž autoři tvrdili, že by běžný stroj zabral asi 10 000 let dokončit. "Proběhla určitá debata o tom, zda by běžný počítač trval tak dlouho, ale stále je to pozoruhodná ukázka," řekl Romaszko.
Jakmile budou vyřešeny technické překážky, Sivan předpovídá, že během několika let začnou mít kvantové výpočty významný dopad na vše od kryptografie po objev vakcín.„Představte si, jak odlišná by byla pandemie Covid-19, kdyby kvantové počítače dokázaly pomoci objevit vakcínu za zlomek času,“řekl.
