|
Новый дизайн квантовых компьютеров
|
|
|
|
Создание квантового компьютера, достаточно мощного для решения проблем, которые мы не можем решить с помощью современных компьютеров, остается большой проблемой для квантовых физиков. Хорошо функционирующий квантовый симулятор — особый тип квантового компьютера — может привести к новым открытиям о том, как устроен мир в мельчайших масштабах. Ученый-квантолог Наталья Чепига из Делфтского технологического университета разработала руководство по модернизации этих машин, чтобы они могли моделировать еще более сложные квантовые системы. Исследование теперь опубликовано в журнале Physical Review Letters. «Создание полезных квантовых компьютеров и квантовых симуляторов сегодня является одной из самых важных и обсуждаемых тем в квантовой науке, способной произвести революцию в обществе», — говорит исследователь Наталья Чепига. Квантовые симуляторы — это разновидность квантового компьютера. Чепига объясняет: «Квантовые симуляторы предназначены для решения открытых проблем квантовой физики, чтобы продвинуть наше понимание природы дальше. Квантовые компьютеры будут иметь широкое применение в различных областях общественной жизни, например, в финансах, шифровании и хранении данных».
|
|
|
«Ключевым ингредиентом полезного квантового симулятора является возможность контролировать его или манипулировать им», — говорит Чепига. «Представьте себе автомобиль без руля. Он может двигаться только вперед, но не может поворачивать. Полезно ли это? Только если вам нужно ехать в одном конкретном направлении; в противном случае ответ будет «нет!». Если мы хотим создать квантовый компьютер, который сможет открывать новые физические явления в ближайшем будущем, нам нужно построить «руль», чтобы настроиться на то, что кажется интересным. В своей статье я предлагаю протокол, который создаст полностью управляемый квантовый симулятор». Протокол — это рецепт — набор ингредиентов, которые квантовый симулятор должен настраивать. В традиционной установке квантового симулятора атомы рубидия (Rb) или цезия (Cs) подвергаются воздействию одного лазера. В результате эти частицы захватят электроны и тем самым станут более энергичными; они возбуждаются. «Я показываю, что если бы мы использовали два лазера с разными частотами или цветами, возбуждая тем самым эти атомы в разные состояния, мы могли бы настроить квантовые симуляторы на множество разных настроек», — объясняет Чепига.
|
|
|
|
Протокол предлагает дополнительное измерение того, что можно моделировать. «Представьте, что вы видели куб только как набросок на плоском листе бумаги, но теперь вы получаете настоящий трехмерный куб, который можно трогать, вращать и исследовать разными способами», — продолжает Чепига. «Теоретически мы можем добавить еще больше измерений, используя больше лазеров». «Коллективное поведение квантовой системы со многими частицами чрезвычайно сложно смоделировать», — объясняет Чепига. «Помимо нескольких десятков частиц, моделирование с помощью нашего обычного компьютера или суперкомпьютера должно полагаться на приближения». Если принять во внимание взаимодействие большего количества частиц, температуры и движения, компьютеру придется выполнить слишком много вычислений. Квантовые симуляторы состоят из квантовых частиц, а это значит, что компоненты запутаны. «Запутывание — это своего рода взаимная информация, которую квантовые частицы разделяют между собой. Это внутреннее свойство симулятора и, следовательно, позволяет преодолеть это вычислительное узкое место».
|
|
|
|
Источник
|
