Analogowe symulatory kwantowe czasem są lepsze niż komputery kwantowe

Analogowe symulatory kwantowe mogą rozwiązywać problemy, z którymi nie radzą sobie tradycyjne komputery kwantowe.

Mikrofotografia nowego symulatora kwantowego (Quantum Simulator), który zawiera dwa sprzężone nanowymiarowe elementy metalowo-półprzewodnikowe osadzone w obwodzie elektronicznym
Mikrofotografia nowego symulatora kwantowego (Quantum Simulator), który zawiera dwa sprzężone nanowymiarowe elementy metalowo-półprzewodnikowe osadzone w obwodzie elektronicznym | fot. University College Dublin

Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda i University College Dublin (UCD) opracowali komputery kwantowe na zamówienie z komponentami kwantowymi zaprojektowanymi do rozwiązywania konkretnych zapytań i zadań. Te analogowe symulatory kwantowe (oryg. Quantum Simulator) zostały zaprojektowane w celu rozwiązywania problemów, z którymi nie radzą sobie nawet najszybsze i najbardziej wydajne cyfrowe komputery kwantowe.

Sprawdź też: D-Wave wprowadza prototyp komputera wyżarzania kwantowego nowej generacji

Ale nie mówimy o komputerach wielkości pokoju, jak można sobie wyobrazić. W przeciwieństwie do tradycyjnych komputerów wielkości pokoju, te analogowe symulatory kwantowe są małe i składają się z hybrydowych półprzewodników metalowo-półprzewodnikowych w obwodzie nanoelektronicznym, a naukowcy zmierzyli je w mikronach, a nie w metrach. To sprawia, że są znacznie bardziej wykonalne niż komputery wielkości pokoju, na których polegaliśmy dziesiątki lat temu.

Te analogowe symulatory kwantowe działają poprzez tworzenie „analogii sprzętowej” w celu rozwiązywania problemów w fizyce kwantowej. Do przetestowania symulatora naukowcy wykorzystali prosty obwód połączony z dwoma komponentami kwantowymi. Dostrajając napięcia elektryczne, stworzyli stan materii, który naukowcy nazwali „parafermionami Z3”, w którym elektrony mają tylko jedną trzecią swojego zwykłego ładunku.

Imponujące w tym odkryciu jest to, że po raz pierwszy taki stan został stworzony na urządzeniu elektronicznym w laboratorium. Naukowcy opublikowali artykuł na temat swoich odkryć w czasopiśmie Nature Physics, w którym szczegółowo opisano analogowe symulatory kwantowe.

Celem jest zwiększenie skali urządzeń, aby rozwiązywać bardziej złożone zapytania w obliczeniach kwantowych. Naukowcy są przekonani, że te symulatory pozwolą im rozwiązywać modele matematyczne, które są zbyt złożone, aby można je było rozwiązać w rozsądnym czasie tradycyjnymi metodami obliczeniowymi. Dzięki analogowym symulatorom kwantowym badacze mają „narzędzia”, których wcześniej nie mieli.

Mamy nadzieję, że pozwoli im to zrozumieć i lepiej rozwiązać złożone problemy, z których składa się fizyka kwantowa. Analogowe symulatory kwantowe reprezentują nowe i innowacyjne podejście do obliczeń kwantowych. Dzięki najnowszym postępom, dzięki którym można budować mniejsze komputery kwantowe, ludzkość może wkrótce znaleźć się u progu nauki o fizyce kwantowej bliżej niż kiedykolwiek wcześniej.

Więcej informacji: Andrew Mitchell, Kwantowa symulacja egzotycznego kwantowego punktu krytycznego w dwumiejscowym obwodzie Kondo z ładunkiem, Nature Physics (2023). DOI: 10.1038/s41567-022-01905-4
Badanie opisane zostało w czasopiśmie: Nature Physics

➔ Obserwuj nas w Google News, aby być na bieżąco!

źródło: BGR | Phys.org