Paulo Scherrerio instituto PSI mokslininkai pateikė išsamų planą, kaip sukurti greitesnius, geriau apibrėžtus kvantinius bitus. Centriniai elementai yra vadinamosios retųjų metalų klasės magnetiniai atomai, kurie bus selektyviai dedami į medžiagos kristalinę gardelę. Kiekvienas iš šių atomų reiškia vieną uolekitę. Mokslininkai parodė, kaip šias uolekites galima suaktyvinti, susipainioti, naudoti kaip atminties bitus ir skaityti. Dabar jie paskelbė savo dizaino koncepciją ir pagalbinius skaičiavimus žurnale PRX failas.
Pradinis reikalavimas kvantiniams kompiuteriams buvo sukurti vadinamuosius kvantinius bitus arba „kvitus“. Atminties bitai, kurie, skirtingai nei klasikiniai, gali turėti ne tik nulio dvejetaines reikšmes, bet ir bet kokį savavališką derinį. šios būsenos. „Tai leidžia visiškai naują duomenų apdorojimą, o tai reiškia didžiulį skaičiavimo galios padidėjimą konkrečioms programoms“, – paaiškina PSI tyrėjas Manuelis Grimmas, pirmasis naujo darbo apie kubitus autorius.
Manuelis Grimmas yra Paulo Schererio instituto teorinis fizikas, dirbantis kuriant būsimų kvantinių kompiuterių pamatus. Paskola Paulo Chererio institutas / Marcusas Fischeris
Autoriai aprašo, kaip loginiai bitai gali atlikti pagrindines kompiuterio funkcijas magnetinėje kietojoje medžiagoje. Kvitai turėjo apsistoti atskiruose atomų iš retų elementų, įterptų į pagrindinės medžiagos kristalinę grotelę, klasės. Remdamiesi kvantine fizika, autoriai apskaičiuoja, kad retų atomų branduolio sukimasis būtų tinkamas naudoti kaip informacijos nešėjas, tai yra uolektis. Jie taip pat siūlo, kad lazerio taikinio impulsai galėtų trumpam perduoti jam informaciją. atomaselektronai ակտիվ taip suaktyvina kubitus, per kuriuos jų informacija tampa matoma aplinkiniams atomams. Du tokie suaktyvinti kubitai sąveikauja tarpusavyje, todėl gali būti „susipainioję“. Įsipainiojimas yra ypatinga kvantinių sistemų, turinčių daugybę dalelių ar kubitų, savybė, būtina kvantiniams kompiuteriams. Vieno kubito matavimo rezultatas tiesiogiai priklauso nuo kitų kubitų matavimo rezultatų և atvirkščiai.
Greičiau reiškia mažiau linkę į klaidas
Tyrėjai parodo, kaip iš šių uolekčių galima panaudoti loginius vartus, visų pirma „valdomus NO vartus“ (CNOT Gate). Loginiai vartai yra pagrindiniai blokai, kuriuos klasikiniai kompiuteriai naudoja skaičiavimams atlikti. Jei sujungiama pakankamai CNOT vartų, tokių kaip vieno kubito vartai, tampa įmanoma kiekviena skaičiavimo operacija. Taigi jie sudaro kvantinių kompiuterių pagrindą.
Šis straipsnis nėra pirmasis, siūlantis kvantinės logikos vartus. „Tačiau mūsų būdas, kaip suaktyvinti ar sujaukti uolekites, turi lemiamą pranašumą prieš ankstesnius palyginamus pasiūlymus. „Tai bent dešimt kartų greičiau“, – sako Grimas. Tačiau pranašumas yra ne tik greitis, kuriuo gali apskaičiuoti šia koncepcija paremtas kvantinis kompiuteris. Pirmiausia jis skirtas sistemos jautrumui klaidoms. „Kubitai nėra labai stabilūs. „Jei susipainiojimo procesas yra per lėtas, yra didesnė tikimybė, kad kai kurie kubitai per tą laiką praras savo informaciją“, – aiškina Grimmas. Galų gale, PSI tyrėjai nustatė, kad tokio tipo kvantiniai kompiuteriai yra ne tik dešimt kartų greitesni už panašias sistemas, bet ir mažiau linkę į klaidas dėl to paties veiksnio.
Nuoroda. Manuelio Grimmo, Adriano Beckerto, Gabrielio Aepli և Marcuso Muellerio, 2021 m. Sausio 21 d. „Universalus kvantinis skaičiavimas retų žemės jonų elektroninėmis branduolinių bangų funkcijomis“. Kaip PRX,
DOI: 10.1103 / PRXQuantum.2.010312: