Революційне відкриття у квантових обчисленнях: фізики створили аналогові квантові симулятори

Ці спеціалізовані аналогові комп'ютери, також відомі як "квантові симулятори", працюють, використовуючи квантово-механічні властивості нанорозмірних компонентів у своїх схемах. Вони дозволяють симулювати конкретні моделі у квантовій фізиці, що дає змогу вирішувати проблеми, які раніше були недосяжними.

Читайте на сайті Вчені створили притягуючий промінь, як у фантастичних фільмах про іншопланетян

Спробуємо пояснити простими словами

Квантові симулятори схожі на крихітні суперрозумні комп'ютери, які допомагають нам вирішувати проблеми, з якими звичайні комп'ютери не можуть впоратися. Вони працюють за принципами квантової механіки, яка допомагає їм поводитися як об'єкти чи явища, які вони намагаються з'ясувати, щоб знайти відповіді (тобто симулюють свою поведінку). Вчені використовують їх, щоб дізнатися про дійсно великі, складні речі, які нас оточують.

Чому це відкриття справді важливе

Нова архітектура Quantum Simulator передбачає гібридні метало-напівпровідникові компоненти, вбудовані в наноелектронну схему.

Однією з таких проблем, яка давно цікавить вчених, є краще розуміння надпровідності. Існуючі надпровідні матеріали працюють лише за надзвичайно низьких температур, що обмежує їхнє широке застосування. Відкриття матеріалів, які є надпровідними при кімнатній температурі, зробило б революцію у використанні цих матеріалів у багатьох технологіях.

Як квантові симулятори застосували на практиці

Все доволі просто, хоч, на перший погляд, таким не здається. Основна ідея цих аналогових пристроїв полягає у створенні своєрідної апаратної аналогії до проблеми, що вирішується, а не в написанні коду для програмованого цифрового комп'ютера. Сконструювавши електронні схеми з нанорозмірними компонентами, які керуються законами квантової механіки, дослідники змогли змоделювати об'ємну квантову матерію та сконструювати нові мікроскопічні квантові взаємодії.

Запропоноване рішення імітує взаємодію двох елементарних частинок, у цьому випадку – атомів та електронів. Імітація настільки глибока, що модель зберігає всі квантові властивості атомів від міжатомної взаємодії до фізичних властивостей частинок.

Щоб продемонструвати потужність аналогових квантових обчислень, дослідники спочатку вивчили просту схему, що складається з двох квантових компонентів, з'єднаних разом. Змінюючи електричну напругу, вони змогли створити новий стан речовини, в якому електрони мають лише 1/3 частину свого звичайного електричного заряду.

Це революційне відкриття може призвести до створення нового покоління масштабованих твердотільних аналогових квантових комп'ютерів, які зможуть моделювати набагато складніші системи, ніж сучасні комп'ютери.

Деякі проблеми просто занадто складні для вирішення навіть найшвидшими цифровими класичними комп'ютерами. Точне моделювання складних квантових матеріалів, таких як високотемпературні надпровідники, є дійсно важливим прикладом, такий вид обчислень знаходиться далеко за межами поточних можливостей через експоненціальний час обчислень і вимоги до пам'яті, необхідні для симуляції властивостей реалістичних моделей,
– сказав д-р Ендрю Мітчелл, директор Центру квантової інженерії, науки і технологій UCD і співавтор статті.

Цікаво Гравітаційні хвилі допоможуть нам зазирнути в минуле

Цей новий тип квантового комп'ютера знаменує собою важливу віху в галузі квантових обчислень і має величезний потенціал для вирішення деяких з найважливіших невирішених проблем у фізиці. Дослідники сподіваються, що масштабуючи свій квантовий симулятор з двох до багатьох нанорозмірних компонентів, вони зможуть моделювати набагато складніші системи і глибше зрозуміти фізичний світ.