Key takeaways
- Enkle mekaniske enheter inspirerte et nylig fremskritt innen kvanteberegning.
- Stanford-forskere oppfant en datateknikk ved å bruke akustiske enheter som utnytter bevegelse.
- Kvantedatabehandling har gjort betydelige fremskritt de siste årene, særlig med demonstrasjonen av såk alt kvanteoverlegenhet.
Agnetta Cleland
Praktiske kvantedatamaskiner kan være et skritt nærmere virkeligheten takket være ny forskning inspirert av enkle mekaniske enheter.
Forskere fra Stanford University hevder å ha utviklet en kritisk eksperimentell enhet for fremtidige kvantefysikkbaserte teknologier. Teknikken involverer akustiske instrumenter som utnytter bevegelse, for eksempel oscillatoren som måler bevegelse i telefoner. Det er en del av en økende innsats for å utnytte kvantemekanikkens merkelige krefter for databehandling.
"Mens mange selskaper eksperimenterer med kvantedatabehandling i dag, er praktiske applikasjoner utover 'proof of concept'-prosjekter sannsynligvis 2-3 år unna," sa Yuval Boger, markedssjef for kvantedatabedriften Classiq til Lifewire i et e-postintervju. "I løpet av disse årene vil større og dyktigere datamaskiner bli introdusert, og programvareplattformer som gjør det mulig å utnytte disse kommende maskinene vil bli tatt i bruk.«
Rollen til mekaniske systemer i kvanteberegning
Forskerne ved Stanford prøver å bringe fordelene med mekaniske systemer ned til kvanteskalaen. I følge deres nylige studie publisert i tidsskriftet Nature, oppnådde de dette målet ved å slå sammen små oscillatorer med en krets som kan lagre og behandle energi i en qubit, eller kvante-"bit" med informasjon. Qubittene genererer kvantemekaniske effekter som kan drive avanserte datamaskiner.
Måten virkeligheten fungerer på det kvantemekaniske nivået er veldig forskjellig fra vår makroskopiske opplevelse av verden.
"Med denne enheten har vi vist et viktig neste skritt i å prøve å bygge kvantedatamaskiner og andre nyttige kvanteenheter basert på mekaniske systemer," sa Amir Safavi-Naeini, seniorforfatter av avisen. nyhetsmelding. "Vi er i hovedsak ute etter å bygge 'mekaniske kvantemekaniske' systemer."
Å lage de bittesmå mekaniske enhetene tok mye arbeid. Teamet måtte lage maskinvarekomponenter i nanometerskalaoppløsninger og sette dem på to silisiumdatabrikker. Forskerne laget deretter en slags sandwich som festet de to brikkene sammen, slik at elementene på den nederste brikken vendte mot de på den øverste halvdelen.
Den nederste brikken har en superledende aluminiumskrets som danner enhetens qubit. Ved å sende mikrobølgepulser inn i denne kretsen genereres fotoner (lyspartikler), som koder for en mengde informasjon i maskinen.
I motsetning til konvensjonelle elektriske enheter, som lagrer bits som spenninger som representerer enten en 0 eller en 1, kan qubits i kvantemekaniske enheter også representere kombinasjoner av 0 og 1 samtidig. Fenomenet kjent som superposisjon gjør at et kvantesystem kan gå ut i flere kvantetilstander samtidig inntil systemet er målt.
"Måten virkeligheten fungerer på det kvantemekaniske nivået er veldig forskjellig fra vår makroskopiske opplevelse av verden," sa Safavi-Naeini.
Agnetta Cleland
Progress in Quantum Computing
Quantum-teknologien går raskt fremover, men det er hindringer som må fjernes før den er klar for praktisk bruk, sa Itamar Sivan, administrerende direktør i Quantum Machines, til Lifewire i et e-postintervju.
"Kvantedatabehandling er sannsynligvis det mest utfordrende månebildet vi som samfunn er opptatt av akkurat nå," sa Sivan. "For at det skal bli praktisk, vil det kreve betydelig fremgang og gjennombrudd i flere lag av kvantedataberegningsstabelen."
For øyeblikket hjemsøkes kvantedatamaskiner av støy, noe som betyr at over tid blir qubits så bråkete at vi ikke har noen måte å forstå dataene som er på dem, og de blir ubrukelige, Zak Romaszko, en ingeniør med sa selskapet Universal Quantum i en e-post.
"I praksis betyr dette at algoritmer for kvantedatamaskiner er begrenset til bare en liten mengde tid eller antall operasjoner før feil," sa Romaszko. "Det er ikke klart om dette støyende regimet kan gi praktiske resultater, selv om flere forskere mener simulering av grunnleggende kjemikalier er innen rekkevidde."
Kvantedatabehandling har gjort betydelige fremskritt de siste årene, spesielt med demonstrasjonen av såk alt 'kvanteoverlegenhet' der en kvantedatamaskin utførte en operasjon som forfatterne hevdet ville ha tatt en vanlig maskin rundt 10 000 år å fullføre. «Det har vært en del debatt om hvorvidt en vanlig datamaskin ville ha tatt så lang tid, men det er fortsatt en bemerkelsesverdig demonstrasjon,» sa Romaszko.
Når de tekniske hindringene er løst, spår Sivan at innen få år vil kvanteberegning begynne å ha en betydelig innvirkning på alt fra kryptografi til vaksineoppdagelse."Tenk deg hvor annerledes Covid-19-pandemien ville vært hvis kvantedatamaskiner var i stand til å hjelpe til med å oppdage en vaksine på en brøkdel av tiden," sa han.
