Физики создали квантовый симулятор с сотнями кубитов

Физики создали квантовый симулятор с сотнями кубитов

Физики из Национального института стандартов и технологий (NIST) создали квантовый симулятор, который может спроектировать взаимодействия между сотнями квантовых битов (кубитов) — в 10 раз больше по сравнению с предыдущими устройствами, сообщает «WordScience.org».

Как было описано 26-го апреля 2012-го года в журнале «Nature», симулятор прошёл ряд важных испытаний и учёные готовы к изучению проблем в науке о материалах, которые невозможно смоделировать на обычных компьютерах.

Многие важные проблемы в физике (особенно физика низких температур) ещё мало малоизучены, потому что основная квантовая механика является чрезвычайно сложной. Обычные компьютеры (даже суперкомпьютеры) неспособны моделировать квантовые системы имеющие больше 30-ти частиц. Для понимания и рационального дизайна материалов, таких как высокотемпературные сверхпроводники, свойства которых, как считается, зависят от коллективного квантового поведения сотен частиц, необходимы мощные вычислительные инструменты.

Симулятор «NIST» — это крошечный кристалл имеющий размер в диаметре менее 1-го миллиметра и состоящий из сотен ионов бериллия. Наиболее удалённый электрон каждого иона действует, как крошечный квантовый магнит и используется в качестве кубитов — квантовый эквивалент «1» или «0» в обычном компьютере. В эксперименте физики использовали лазерные лучи для охлаждения ионов вблизи абсолютного нуля. Тщательно рассчитанные микроволновые и лазерные импульсы, заставляли кубиты взаимодействовать, подражая квантовому поведению материалов, которые очень сложно изучать в лабораторных условиях. Хотя эти две системы внешне могут показаться не схожими, их поведение было разработано таким способом, чтобы они были математически идентичными. Таким образом, симуляторы позволяют исследователям изменять параметры, которые не могут быть изменены в естественных твёрдых веществах, таких как атомный интервал решётки и геометрия. В «NIST» экспериментах, сила взаимодействия была намеренно слабой, чтобы моделирование было достаточно простым для классического компьютера. Текущие же исследования используют гораздо сильные взаимодействия.

Симулятор использует свойство квантовой механики, называемое суперпозицией, где квантовая частица может находиться в двух различных состояниях в одно и то же время, например: выравнена и оторвана от внешнего магнитного поля. Таким образом, число состояний одновременно доступно до 3 кубитов. Например число 8, которое растёт экспоненциально числу кубитов: 2N состояний для N кубитов.

Важно то, что симулятор «NIST» также может спроектировать второе свойство квантовой запутанности между называемыми кубитами так, что даже физически разделённые частицы могут быть тесно взаимосвязаны.

В последние годы наблюдается огромный интерес к квантовому моделированию и учёные по всему миру стремятся представить небольшие демонстрации. Однако все эти эксперименты до недавнего времени использовали менее 30-ти квантовых частиц — порог, при котором на обычных компьютерах расчёты становятся невозможными. В отличие от них симулятор «NIST» имеет большой контроль над сотнями кубитов. Это порядковое увеличение «кубит-число» увеличивает пространство квантового состояния симулятора в геометрической прогрессии. Просто записать на бумаге состояние 350-ти кубитов квантовый симулятор не сможет — для этого потребуется больше, чем гугол цифр: 10100 = 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000.

За последние 10 лет, исследовательская группа «NIST» провела рекордное количество экспериментов в квантовых вычислениях, изобретая атомные часы, а теперь и в квантовом моделировании. В отличие от квантовых компьютеров, которые являются универсальными устройствами, способными когда-нибудь решать широкий круг вычислительных задач, симуляторы «специального назначения» дают представление о конкретных проблемах.

Эта работа была частично поддержана «Defense Advanced Research Projects Agency». Со-авторы из Джорджтаунского университета (Georgetown University), Университета штата Северная Каролина (North Carolina State University), Южной Африки и Австралии способствовали проведению данного исследования.

Источник: wordscience.org

Похожие новости:
Установлен новый рекорд квантовых вычислений
Ученые из Австралии и Японии, используя новую физическую реализацию кубита, установили новый рекорд квантовых вычислений. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Nanotechnology. Специалисты создали особую физическую реализацию кубита — квантового обобщения классического бита. ..
2014-10-15 1113 0 Технология
0
Физики создали первый универсальный квантовый вентиль
Физики из университетов Гриффита и Квинсленда впервые создали рабочий прототип квантового вентиля Фредкина. Устройство меняет местами состояния двух кубитов в зависимости от состояния третьего, управляющего кубита. С помощью комбинаций из одного или нескольких таких вентилей можно выполнить любую ..
2016-03-28 1382 0 Технология
0
Аннигиляцию частиц впервые наблюдали на квантовом компьютере
Физики из Австрии и Германии впервые использовали квантовый компьютер для симуляции взаимодействий элементарных частиц методами решетчатой калибровочной теории. Работа ученых позволяет в режиме реального времени проследить за рождением и уничтожением (аннигиляцией) пары частица-античастица в физическом вакууме. Исследование ..
2016-06-23 1113 0 Технология
0
Создан квантовый компьютер в алмазе
Учёные использовали алмаз для того, чтобы изготовить квантовый компьютер. Прежним попыткам создания подобного вычислительного устройства мешало воздействие внешней среды, искажающее вычисления. Теперь же физики из Нидерландов и США нашли решение этой проблемы. Алмаз начал использоваться для квантовых ..
2012-04-9 1685 0 Технология
0
Физики соберут квантовый компьютер из ховербордов
Физики из Йельского Университета, Университета Чикаго и Аргоннской Национальной Лаборатории создали устройство, способное считывать количество и, в перспективе, квантовое состояние электронов, левитирующих подобно «ховерборду» над сверхтекучим гелием. Прибор может стать основой для квантового вычислителя, роль кубитов ..
2016-03-22 1115 0 Технология
1
Физики собрали квантовый канал связи рекордной длины
Физики впервые создали универсальный канал для работы квантового компьютера. Статья ученых появилась в Scientific American и Nature, а ее краткое изложение приводит Nature News. Новое исследование носило сугубо прикладной характер. Ученые построили канал связи, который связал ..
2012-04-13 1129 0 Технология
0
Физики создали квантовый микрофон
Учёные технического университета Чалмерса (Chalmers University of Technology) продемонстрировали новый тип детектора для сверхслабого звука. Устройство назвали "квантовым микрофоном", так как оно настолько мало, что работает по законам квантовой физики. «Квантовый микрофон» основан на одноэлектронном транзисторе с пьезоэлектрической связью. Переключатель транзистора ..
2012-03-1 1459 0 Технология
0
Ученые создали микросхему для квантовых компьютеров
Физики из Центра квантовой фотоники Бристольского университета (Великобритания) создали кремниевую микросхему, способную стать элементной базой для квантовых компьютеров. При этом они использовали традиционную технологию «кремний на изоляторе», что позволяет говорить о потенциальной дешевизне разработки. В отличие от кремниевых микросхем ..
2012-09-5 1031 0 Технология
0
Физики создали кубит из радиоактивного изотопа бария
Одним из наиболее популярных типов кубитов в прототипах квантовых компьютеров являются ионы металлов, удерживаемые в специальной ионной ловушке с помощью лазерного охлаждения. Однако необходимая для удержания длина волны лазера приводит к снижению эффективности такого кубита. Чтобы ..
2017-09-19 11789 0 Технология
0
Физики впервые создали топологический экситонный изолятор
Физики впервые смогли остановить электрический ток в двумерном слоистом материале за счет «сцепления» электронов и дырок в соседних слоях, получив таким образом первый двумерный топологический экситонный изолятор. Такие устройства могут быть использованы для защиты состояний кубитов ..
2017-12-09 110 0 Технология
0
Инженеры создали квантовый холодильник
Американские ученые разработали холодильник, который использует законы квантовой физики для снижения температуры. Результаты работы сотрудников Национального института стандартов и технологий (NIST) опубликованы на сайте организации. Новый прибор в рамках эксперимента позволил охладить квадратную медную пластину ..
2013-03-14 1037 0 Технология
0
Google позволила заглянуть в свою "квантовую лабораторию"
Google в мае объявила об открытии футуристической лаборатории Quantum Artificial Intelligence Lab (QAIL), которая должна была заняться изучением искусственного интеллекта с применением достижений квантовой физики. В проекте задействован квантовый компьютер, купленный у канадской компании D-Wave. Система, которая выполняет ..
2013-10-12 1010 0 Технология
0
Квантовый центр РФ рассказал, куда тратит деньги Сколково
Российский квантовый центр сообщил о формировании восьми научных групп на основе «Сколково» и четырех российских университетов. В перспективе число групп будет увеличено до 40, а сам РКЦ будет интегрирован в МФТИ или Сколтех. Российский квантовый центр (РКЦ), созданный в 2010 г. основателем Parallels Сергеем ..
2013-07-24 1150 0 Технология
0
Физики создали самые точные в мире атомные часы
Физики из США и Сингапура создали самые точные на сегодняшний день атомные часы в мире. Результаты своих исследований ученые опубликовали в журнале Nature Communications, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Livescience. Новые часы могут ошибиться на одну секунду за 15 миллиардов ..
2015-04-23 1383 0 Технология
2
Квантовые компьютеры научили вычислять пи-функцию
Испанские ученые Хосе Латорре и Герман Сьерра из университетов Барселоны и Мадрида предложили эффективный квантовый алгоритм вычисления пи-функции. Препринт статьи исследователей доступен на сайте arXiv.org, сама статья пока не подана в рецензируемый журнал. Пи-функция π (k) равна количеству ..
2013-03-27 947 0 Технология
0