Новые аналоговые квантовые компьютеры решат ранее неразрешимые проблемы

Sep 04, 2023

30 января 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

от Университетского колледжа Дублина

Физики изобрели новый тип аналогового квантового компьютера, который может решать сложные физические задачи, которые не могут решить самые мощные цифровые суперкомпьютеры.

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Physics учеными из Стэнфордского университета в США и Университетского колледжа Дублина (UCD) в Ирландии, показало, что новый тип узкоспециализированного аналогового компьютера, схемы которого содержат квантовые компоненты, может решать самые передовые проблемы. квантовой физики, которые ранее были недоступны. При увеличении масштаба такие устройства смогут пролить свет на некоторые из наиболее важных нерешенных проблем физики.

Например, ученые и инженеры давно хотели лучше понять сверхпроводимость, поскольку существующие сверхпроводящие материалы, такие как те, которые используются в аппаратах МРТ, высокоскоростных поездах и энергосберегающих энергосетях на большие расстояния, в настоящее время работают только при чрезвычайно низких температурах. , что ограничивает их более широкое использование. Святой Грааль материаловедения — найти материалы, обладающие сверхпроводимостью при комнатной температуре, что произвело бы революцию в их использовании во множестве технологий.

Доктор Эндрю Митчелл — директор Центра квантовой инженерии, науки и технологий UCD (C-QuEST), физик-теоретик Школы физики UCD и соавтор статьи.

Он сказал: «Некоторые проблемы просто слишком сложны, чтобы их могли решить даже самые быстрые цифровые классические компьютеры. Точное моделирование сложных квантовых материалов, таких как высокотемпературные сверхпроводники, является действительно важным примером — такого рода вычисления выходят далеко за рамки нынешних возможностей, потому что экспоненциального вычислительного времени и требований к памяти, необходимых для моделирования свойств реалистичных моделей».

«Однако технологические и инженерные достижения, стимулирующие цифровую революцию, принесли с собой беспрецедентную способность контролировать материю на наноуровне. Это позволило нам разработать специализированные аналоговые компьютеры, называемые «квантовыми симуляторами», которые решают конкретные модели квантовой физики с помощью Хотя мы еще не смогли создать универсальный программируемый квантовый компьютер с достаточной мощностью, чтобы решить все открытые проблемы в физике, теперь мы можем создавать аналоговые устройства на заказ. с квантовыми компонентами, которые могут решить конкретные проблемы квантовой физики».

Архитектура этих новых квантовых устройств включает в себя гибридные металл-полупроводниковые компоненты, включенные в наноэлектронную схему, разработанную исследователями из Стэнфорда, UCD и Национальной ускорительной лабораторией SLAC Министерства энергетики (расположенной в Стэнфорде). Группа экспериментальной нанонауки Стэнфорда под руководством профессора Дэвида Голдхабера-Гордона построила и эксплуатировала устройство, а теорию и моделирование проводил доктор Митчелл из UCD.

Профессор Гольдхабер-Гордон, научный сотрудник Стэнфордского института материаловедения и энергетических наук, сказал: «Мы всегда создаем математические модели, которые, как мы надеемся, отразят суть интересующих нас явлений, но даже если мы верим, что они правы, их зачастую невозможно решить за разумное время».

Благодаря квантовому симулятору «у нас есть такие ручки, которых раньше ни у кого не было», — сказал профессор Гольдхабер-Гордон.