Foton menari sepanjang garis qubits superconducting

Apabila saya berfikir tentang pengkomputeran, saya biasanya memikirkannya dari segi logik individu yang menjalankan operasi tertentu. Ini boleh dikelilingi untuk mewujudkan operasi yang lebih canggih dan berguna dan akhirnya boleh dibina menjadi bencana seperti EndNote. Walaupun saya membuat suis konseptual dan berfikir tentang pengkomputeran kuantum, saya masih tersekat memikirkan pintu logik kuantum.

Tetapi terdapat peluang yang lebih baik daripada pengkomputeran kuantum tidak akan menggunakan terus pintu-pintu logik secara langsung. Jika pintu gerbang tidak akan menjadi perkara dalam pengkomputeran kuantum, bagaimanakah kita akan mengira? Satu cara adalah melalui penyepuhlindapan, yang saya telah menulis tentang banyak.

Tetapi anak tiri komputasi kuantum yang diabaikan adalah sesuatu yang dipanggil "jalan rawak kuantum." Dalam keajaiban kecil, para penyelidik telah menunjukkan jalan rawak kuantum melalui rentetan 12 bit kuantum. Ini adalah jenis langkah yang boleh mengabarkan permulaan yang sebenarnya menunjukkan komputer kuantum berdasarkan jalan rawak.

Rawak dikira

Jalan rawak kuantum mengambil kesempatan daripada idea bahawa objek kuantum tidak perlu dilokalisasi dalam ruang atau masa: zarah juga gelombang, dan gelombang tersebar. Oleh itu, jika saya mempunyai objek kuantum dan menawarkan dua laluan untuk perjalanan, ia akan merebak dan bergerak ke bawah pada kedua-dua masa pada masa yang sama. Hanya selepas saya membuat pengukuran, atau ada sesuatu di sepanjang jalan yang memusnahkan keadaan kuantum, akan menjadi laluan objek itu pasti.

Pengiraan boleh dilakukan dengan mengodkan masalah dalam rangkaian laluan yang tersedia untuk keadaan kuantum. Qubits akan tersebar melalui rangkaian dan mengganggu diri mereka sendiri dan satu sama lain di mana-mana lokasi di mana jalan salib. Apabila keluar, nilai yang paling mungkin untuk qubit adalah sesuai dengan jawapan kepada masalah tersebut.

Kesukaran dengan pendekatan ini adalah mewujudkan rangkaian laluan dan memastikan bahawa qubit kekal, baik, bersatu. Pada asasnya, kita menghendaki setiap qubit berkelakuan dengan cara yang dapat diramalkan dengan sempurna ketika ia bergerak melalui rangkaian. Kita mungkin tidak dapat meramalkan nilai qubit jika kita mengukurnya, tetapi kita harus dapat meramalkan kebarangkalian hasil pengukuran.

Malangnya, setiap ketidaksempurnaan dalam rangkaian mengganggu qubit dan mengurangkan kebarangkaliannya. Itu, sebaliknya, mengurangkan kemungkinan mendapat jawapan yang tepat untuk pengiraan kami. Cukup ketidaksempurnaan, dan komputer tidak lebih baik daripada meneka secara rawak.

Berjalan ke pengiraan

Untuk menunjukkan bahawa maklumat kuantum dipelihara kerana ia menyebarkan melalui jalan rawak, sekumpulan penyelidik menyambungkan serangkaian 12 superkonduktor qubit. Para penyelidik menetapkan qubit tengah dalam keadaan tertentu. Keadaan itu kemudian boleh melompat dari qubit rumahnya ke qubit seterusnya sama ada di sebelah kiri atau arah yang betul. Oleh itu, menjadi qubit, ia pergi ke kedua-dua arah sekaligus.

Ciri-ciri rentetan bermakna bahawa qubit akan melompat lokasi pada masa yang ditetapkan dengan jelas, jadi dengan mengulang percubaan dan menghentikannya pada banyak masa yang berlainan, penyelidik dapat mengesan kemajuan qubit sepanjang rentetan. Mereka memerhatikan qubit melanda kedua-dua hujung rentetan serentak dan mula kembali ke tengah. Qubit melakukan ini lebih daripada dua kali sebelum akhirnya membusuk ke dalam bising, yang agak luar biasa.

Itu bagus, tetapi ia tidak akan mendapat sebarang pengiraan. Mereka memerlukannya, jika dua qubit berkorelasi apabila mereka dilepaskan, mereka masih harus berkorelasi kemudian setelah mereka berjalan dan turun tali. Para penyelidik melakukan ujian tersebut dengan menetapkan nilai dua qubit dan membiarkan mereka mengganggu satu sama lain. Mereka menunjukkan bahawa korelasi itu dipelihara. Lebih baik lagi, sifat korelasi yang mereka perhatikan (anti-bunching, bagi mereka yang mahukan istilah teknikal) ditentukan oleh bagaimana mereka telah menetapkan gandingan antara lokasi qubit dalam rantaian.

Ini menunjukkan titik ketiga penting. Pengiraan bergantung kepada lebih daripada sekadar memelihara dan memelihara qubit; anda juga perlu mengawal interaksi mereka. Walaupun penyelidik tidak bermain dengan ini, fakta bahawa mereka boleh menetapkan gandingan untuk mendapatkan korelasi tertentu menunjukkan bahawa mereka sudah mempunyai kawalan.

Alam menewaskan kita

Mungkin bahagian yang paling menarik dari komputer kuantum berjalan rawak adalah bahawa mereka sudah wujud, dan kami tidak akan wujud jika ia tidak berfungsi.

Mungkin saya perlu menjelaskannya. Fotosintesis berfungsi kerana cahaya menghasilkan zarah kuantum yang dinamakan exciton yang perlu pergi ke pusat reaksi sebelum ia merosot ke apa-apa. Satu-satunya cara ia boleh melakukan ini adalah dengan mengembara semua laluan yang mungkin pada masa yang sama. Melalui kuasa campur tangan konstruktif (atau, jika anda lebih suka, pengkomputeran kuantum), exciton bertahan kira-kira 1,000 kali lebih lama daripada yang dijangkakan, membolehkannya mencapai pusat tindak balas.

Oleh kerana fotosintesis berlaku pada suhu bilik, ia memberi saya harapan bahawa, akhirnya, komputer kuantum akan keluar dari peti sejuk penyerapan helium.

Sains, 2019, DOI: 10.1126 / science.aaw1611 (Mengenai DOI)

Tonton video itu: Rapunzel Baru Kartun Anak Cerita2 Dongeng Bahasa Indonesia - Cerita Untuk Anak Anak (Disember 2019).