Füüsikud teatavad, et uus meetod võimaldab stabiilsemat ja mastaabitavat kvantarvutust

Why in The World Are They Spraying [Full Documentary HD] (Juuli 2019).

Anonim

Pennsylvania ülikooli teadlased on koostöös Johns Hopkinsi ülikooliga ja Goucheri kolledžiga avastanud uue topoloogilise materjali, mis võib võimaldada rikkekindlat kvantehnoloogiat. See on arvutusvorm, mis kraanib aatomite ja subatomaalsete nähtuste võimu, et teha arvutusi oluliselt kiiremini kui praegused arvutid ja need võivad potentsiaalselt kaasa aidata ravimiarenduse ja muude keerukate süsteemide arengule.

ACS Nano avaldatud uuringut juhtisid Pennsi kunsti- ja teaduskooli füüsika- ja astronoomia osakonna doktorikraadi Jerome Mlacki ja tema mentorite Nina Markovic, nüüd Goucheri dotsent ja Marija Drndic, Fay R. ja Eugene L. Langberg Pennsi füüsika professor. Penn grad üliõpilased Gopinath Danda ja Sarah Friedensen, kes said NSF-i stipendiumi selle töö jaoks, ja Johns Hopkinsi teadurite professor Natalia Drichko ja postdoc Atikur Rahman, nüüd ka India Punase Teadusliku Hariduse ja Teaduse Instituudi doktor, samuti aitasid Uuring.

Uuring algas, kuid Mlack oli doktorikraad. Johns Hopkinsi kandidaat. Ta ja teised teadlased töötasid topoloogiliste isolaatoritega seadmete kasvatamiseks ja valmistamiseks - sellist materjali, mis ei voola läbi materjali suurema osa, vaid võib selle pinnale kuluda.

Nagu teadlased nende materjalidega töötasid, purunes üks nende seadmetest sarnaselt lühisega.

Mlack ütles, et see on natuke sulatatud, ja me leidsime, et kui me mõõta ühe sellise seadme sulatatud piirkonna vastupidavust, siis sai see ülijuhtivaks. Siis, kui me läksime tagasi ja vaatasime, mida juhtus materjali ja püüdis välja selgitada, millised elemendid seal oli, nägime ainult vismutseeniidi ja pallaadiumi. "

Kui ülijuhtivad materjalid on jahtunud, võivad nad viia vooluga, millel on nullist elektritakistus, ilma et kaotataks energiat.

Ülijuhtivate omadustega topoloogilised isolaatorid on ennustanud, et neil on suurepärane potentsiaal rikkekindla kvantarvuti loomiseks. Kuid topoloogilise isolaatori ja ülijuhi vahel on raske teha elektrilisi kontakte ja valmistada selliseid seadmeid, kasutades olemasolevaid tehnikaid. Kui seda uut materjali saaks uuesti luua, võib see mõlemast raskusest välja arvata.

Tavalises andmetöötluses võib väikseim andmeühik, mis moodustab arvuti ja salvestab andmed, binaarse numbri või biti, võib olla väärtuseks kas 0, off või 1, sisse lülitatud. Kvantarvutus kasutab nn superpositsiooni nähtust, mis tähendab, et bitid, mida käesoleval juhul kutsutakse kobitidena, võivad olla üheaegselt 0 ja 1.

Tuntud viis selle nähtuse illustreerimiseks on mõtetes eksperiment, mida nimetatakse Schrodingeri kassiks. Selles mõtte eksperimendis on kass kastis, kuid üks ei tea, kas kass on surnud või elus, kuni kast avatakse. Enne kasti avamist võib kassi pidada nii eluks kui ka surnuks, mis eksisteerib kahes olekus korraga, kuid kohe pärast kasti avamist satub kassi seisund või süsteemi konfiguratsiooni korral kobitite korral ühte: kass on kas elus või surnud ja kubiit on kas 0 või 1.

"Idee on kodeerida teavet, kasutades neid kvantseisundeid, " ütles Markovic, "aga selleks, et seda saaks kodeerida ja piisavalt pikk lugeda."

Kvantarvutusvaldkonna üheks peamiseks probleemiks on see, et kubitid ei ole väga stabiilsed ja kvantsete olekute hävitamine on väga lihtne. Need topoloogilised materjalid annavad võimaluse, et need riigid elavad piisavalt kaua, et neid lugeda ja teha midagi nendega, ütles Markovic.

"See on selline, nagu oleks, kui Schrodinger kassi kast oleks lipukirurgi ülaosas ja väikseim tuul võiks seda lihtsalt ära visata, " ütles Mlack. "Idee on selles, et need topoloogilised materjalid laiendavad vähemalt lipuliikumise läbimõõtu, nii et kast istub rohkem veerus kui lipu pole. Võite lõpuks seda koputama, kuid muidu on väga raske lahtrit murda ja teada saada mis juhtus kassiga. "

Kuigi nende materjalide esialgne avastamine oli õnnetus, suutsid nad välja töötada protsessi selle kontrollimiseks uuesti taastamiseks.

Markovic, kes tol ajal oli Johannes Hopkinsi Mlacki nõunik, tegi ettepaneku, et selle taastamiseks, ilma et peaks seadmeid pidevalt õhku pahaks, võib see termilisel viisil anniilida, protsessi, milles nad pannakse ahju ja soojendavad seda teatud temperatuur.

Selle meetodi järgi kirjutasid teadlased: "Metall satub otseselt nanoosakesesse, tagades hea elektrilise kontakti ja neid saab nanostruktuurist hõlpsalt kujundada standardlitograafia abil, võimaldades topoloogilises isolaatoris kohandatud ülijuhtivate ahelate hõlpsat mastaapsust."

Kuigi teadlastel on juba ülitäieliku topoloogilise materjali loomise võime, on suur probleem selles, et kui nad panevad kokku kaks materjali, on nende vahele pragu, mis vähendab elektrilist kontakti. See hävitab mõõtmised, mida nad saavad teha, samuti füüsikalisi nähtusi, mis võivad viia kvantehnoloogia abil võimaldavate seadmete tegemisse.

Kui joonistatakse see otse kristallidesse, on ülijuhik varjatud ja ükski neist kontaktprobleemidest pole. Resistentsus on väga madal, ja nad saavad ühes ühest kristallist kvant-arvutamiseks seadistada mustreid.

Materjalide ülijuhtivate omaduste testimiseks paneb see kahe väga külma külmkapi, millest üks jahtub peaaegu absoluutse nullini. Nad ka pühkisid selle läbi magnetvälja, mis surmab materjali piirangute väljaselgitamiseks ülijuhtivust ja materjali topoloogilist olemust. Nad tegid ka standardseid elektrimõõtmisi, töötasid voolu läbi ja vaadeldi loodud pinget.

"Arvan, et see dokument on ka tore, on elektritranspordi tulemuslikkuse kombinatsioon ja otsesed teadmised seadme materjalide iseloomustamisest, " ütles Dr. "Meil on head arusaamad nende seadmete koosseisust, et kõiki neid väiteid toetada, sest me tegime elementanalüüsi, et mõista, kuidas need kaks materjali ühinevad."

Teadlaste seadme üks eeliseid on see, et see on potentsiaalselt skaleeritav, mis suudab paigaldada kiibile sarnaselt nendega, mis on praegu meie arvutis.

"Just praegu on peamised edusammud kvantarvutuses seotud väga keeruliste litograafiliste meetoditega, " ütles Drndic. "Inimesed teevad seda nendest vooluallikatega, mis on ühendatud nende vooluahelatega. Kui teil on üksikud nanovedusid, mis on väga väikesed ja siis tuleb need paigutada kindlatesse kohtadesse, on see väga raske. Enamik inimesi, kes on esirinnas see uurimus on multimillion dollari rajatiste ja paljud inimesed taga nende taga.Aga seda põhimõtteliselt saame teha ühes laboris.See võimaldab nende seadmete lihtsal viisil.Saate lihtsalt minna ja kirjutada oma seade mis tahes viisil soovite see peab olema. "

Mlacki sõnul on see endiselt küllaltki piiratud; on kogu valdkond, mis on püstitanud pühendatud uute ja huvitavate võimaluste leidmisele, et proovida neid kvantseisundeid ja kvantinfot kasutada. Kui see on edukas, võimaldab quantum computing mitmel viisil.

"See võimaldab palju kiiremini dekrüpteerimist ja teabe krüpteerimist, " ütles ta, "mistõttu on mõned riikliku julgeolekuasutuse suured kaitseteenuse osutajad ja sellised ettevõtted nagu Microsoft seda huvitatud. See võimaldab meil ka mudelit quantum süsteemid mõistliku aja jooksul ja suudab teha teatud arvutusi ja simulatsioone kiiremini kui tavaliselt oleks võimalik teha. "

See on eriti kasulik täiesti erinevatele probleemidele, näiteks probleemidele, mis nõuavad suuri paralleelseid arvutusi, ütles Markovic. Kui peate korraga tegema palju asju, on kvantehnoloogia kiirendab tohutult.

"Praegu on probleeme, mis arvutaksid universumi vanust, " ütles ta.

"Kvantarvutusega võite seda minutiga teha." See võib kaasa tuua ka ravimiarenduse ja muude keerukate süsteemide edenemise ning uute tehnoloogiate võimaldamise.

Teadlased loodavad alustada mõne veel arenenud seadme ehitamist, mis on suunatud kubitide tõepoolest ülesehitamisele nende süsteemidest, samuti erinevate metallide katsetamiseks, et näha, kas nad võivad materjali omadusi muuta.

"See on tõesti uus võimalus nende seadmete valmistamiseks, mida keegi pole varem teinud, " ütles Mlack. "Üldiselt, kui inimesed teevad mõnda neist materjalidest, ühendades selle topoloogilise materjali ja ülijuhtivuse, on see lahtiselt kristall, nii et te ei määra tegelikult, kus kõik on. Siin saab me tegelikult kohandada muster, mille me tegeme See on kõige põnevam osa, eriti kui me räägime erinevat tüüpi metallide lisamisest, mis annavad sellele erinevad omadused, olenemata sellest, kas need on ferromagnetilised materjalid või elemendid, mis võiksid seda soojemaks muuta. Peame siiski vaatama, kas see töötab, kuid seal on potentsiaal luua need huvitavad kohandatud ahelad otse materjali. "

menu
menu