Cik Ātri Var Iegūt Kvantu Datorus?

{h1}

Izrādās, ka pastāv kvantu ātruma ierobežojums, kas varētu bremzēt kvantu skaitļošanu.

Pēdējo piecu gadu desmitu laikā standarta datoru procesori ir kļuvuši arvien ātrāki. Tomēr pēdējos gados ir kļuvuši skaidri šīs tehnoloģijas ierobežojumi: mikroshēmu komponenti var kļūt tik mazi un iesaiņoti tikai tik cieši kopā, pirms tie pārklājas vai īssavienojas. Ja uzņēmumi turpinās būvēt arvien ātrākus datorus, kaut kas būs jāmaina.

Viena no galvenajām cerībām uz arvien ātrāku skaitļošanu nākotnē ir mana joma, kvantu fizika. Paredzams, ka kvantu datori būs daudz ātrāki par visu, kas līdz šim ir attīstījies informācijas laikmetā. Bet mans nesenais pētījums atklāja, ka kvantu datoriem būs savas robežas, un tas ir ieteicis veidus, kā noskaidrot, kādi ir šie ierobežojumi.

Saprašanas robežas

Fizikiem, mēs, cilvēki, dzīvojam tajā, ko sauc par “klasisko” pasauli. Lielākā daļa cilvēku to vienkārši sauc par “pasauli” un ir sapratuši fiziku intuitīvi: piemēram, mešana ar bumbiņu to paceļ un pēc tam atpakaļ paredzamā lokā.

Pat sarežģītākās situācijās cilvēkiem parasti ir neapzināta izpratne par to, kā lietas darbojas. Lielākā daļa cilvēku lielā mērā saprot, ka automašīna darbojas, sadedzinot benzīnu iekšdedzes dzinējā (vai no akumulatora iegūstot uzkrāto elektroenerģiju), lai ražotu enerģiju, kas tiek pārnesta caur zobratu un asi, lai pagrieztu riepas, kas spiež pret ceļu, lai automašīnu virzītos uz priekšu..

Saskaņā ar klasiskās fizikas likumiem šiem procesiem ir teorētiskas robežas. Bet tie ir nereāli augsti: Piemēram, mēs zinām, ka automašīna nekad nevar pārsniegt gaismas ātrumu. Neatkarīgi no tā, cik daudz degvielas ir uz planētas, cik daudz braucamās daļas vai cik stipras ir celtniecības metodes, neviena automašīna nevar pietuvoties pat 10 procentiem no gaismas ātruma.

Cilvēki nekad īsti nesaskaras ar faktiskajām pasaules fiziskajām robežām, taču tie pastāv, un, veicot pienācīgus pētījumus, fiziķi tos var identificēt. Tomēr vēl nesen zinātniekiem bija tikai diezgan neskaidrs priekšstats, ka arī kvantu fizikai ir robežas, bet viņi nezināja, kā izdomāt, kā tās varētu pielietot reālajā pasaulē.

Heizenberga nenoteiktība

Fiziķi izseko kvantu teorijas vēsturi līdz 1927. gadam, kad vācu fiziķis Verners Heisenbergs parādīja, ka klasiskās metodes nedarbojas ļoti maziem objektiem - tiem, kas aptuveni sastāv no atsevišķu atomu lieluma. Piemēram, kad kāds izmet bumbiņu, ir viegli noteikt, kur bumba atrodas un cik ātri tā pārvietojas.

Bet kā Heizenbergs parādīja, tas neattiecas uz atomiem un subatomiskajām daļiņām. Tā vietā novērotājs var redzēt vai nu kur atrodas, vai arī cik ātri tas pārvietojas, bet ne abi vienlaikus. Tā ir nepatīkama realizācija: Pat no brīža, kad Heizenbergs izskaidroja savu ideju, Alberts Einšteins (cita starpā) ar to bija nemierīgs. Ir svarīgi saprast, ka šī "kvantu nenoteiktība" nav mērīšanas aprīkojuma vai tehnikas trūkums, bet drīzāk tas, kā darbojas mūsu smadzenes. Mēs esam kļuvuši tik pieraduši, kā darbojas "klasiskā pasaule", ka faktiskie "kvantu pasaules" fiziskie mehānismi vienkārši pārsniedz mūsu iespējas pilnībā aptvert.

Ieiešana kvantu pasaulē

Ja kvantu pasaules objekts pārvietojas no vienas vietas uz otru, pētnieki nevar precīzi izmērīt, kad tas ir aizgājis vai kad tas ieradīsies. Fizikas robežas uzliek nelielu kavēšanos tās noteikšanai. Neatkarīgi no tā, cik ātri kustība faktiski notiek, tā tiks atklāta tikai nedaudz vēlāk. (Laika ilgums šeit ir neticami niecīgs - kvadriljondas sekundes sekundes -, bet tas saskaita vairāk nekā triljonus datoru aprēķinu.)

Šī kavēšanās faktiski palēnina kvantu aprēķināšanas iespējamo ātrumu - tas uzliek to, ko mēs saucam par "kvantu ātruma ierobežojumu".

Pēdējo gadu laikā pētījumi, kuru veikšanā mana grupa ir devusi ievērojamu ieguldījumu, ir parādījuši, kā šis kvantu ātruma ierobežojums tiek noteikts dažādos apstākļos, piemēram, izmantojot dažāda veida materiālus dažādos magnētiskos un elektriskos laukos. Katrā no šīm situācijām kvantu ātruma ierobežojums ir nedaudz lielāks vai nedaudz zemāks.

Par visiem lielu pārsteigumu, mēs pat secinājām, ka dažreiz neparedzēti faktori var palīdzēt paātrināt lietas, dažreiz pretintuitīvā veidā.

Lai saprastu šo situāciju, varētu būt noderīgi iedomāties daļiņu, kas pārvietojas pa ūdeni: daļiņa pārvietojoties pārvieto ūdens molekulas. Un pēc tam, kad daļiņa ir pārvietojusies, ūdens molekulas ātri plūst atpakaļ tur, kur atradās, nepaliekot nekādas pēdas no daļiņas caurbraukšanas.

Tagad iedomājieties to pašu daļiņu, kas ceļo caur medu. Medum ir augstāka viskozitāte nekā ūdenim - tas ir biezāks un plūst lēnāk - tāpēc medus daļiņām būs nepieciešams ilgāks laiks, lai pēc daļiņu pārvietošanās atpakaļ. Bet kvantu pasaulē medus atgriešanās var radīt spiedienu, kas virza kvantu daļiņas uz priekšu. Šis papildu paātrinājums kvantu daļiņu ātruma ierobežojumu var padarīt atšķirīgu no tā, ko novērotājs citādi varētu gaidīt.

Kvantu datoru projektēšana

Tā kā pētnieki vairāk izprot šo kvantu ātruma ierobežojumu, tas ietekmēs to, kā tiek veidoti kvantu datoru procesori. Tiklīdz inženieri izdomāja, kā samazināt tranzistoru izmērus un ciešāk iesaiņot tos klasiskā datora mikroshēmā, viņiem būs nepieciešami daži gudri jauninājumi, lai izveidotu pēc iespējas ātrākas kvantu sistēmas, kas darbotos pēc iespējas tuvāk maksimālajam ātruma ierobežojumam.

Pētniekiem, piemēram, man, ir daudz ko izpētīt. Nav skaidrs, vai kvantu ātruma ierobežojums ir tik augsts, ka tas nav sasniedzams - piemēram, automašīna, kas nekad pat nepietuvosies gaismas ātrumam. Un mēs pilnībā nesaprotam, kā negaidīti elementi vidē, piemēram, piemēram, medus, var palīdzēt paātrināt kvantu procesus. Tā kā kvantu fizikā balstītas tehnoloģijas kļūst arvien izplatītākas, mums būs jāuzzina vairāk par to, kur atrodas kvantu fizikas robežas un kā jāprojektē sistēmas, kas vislabāk izmanto to, ko mēs zinām.

Sebastians Deffners, fizikas profesora palīgs, Merilendas Universitāte, Baltimoras grāfiste

Šis raksts sākotnēji tika publicēts vietnē The Conversation. Izlasiet oriģinālo rakstu.


Video Papildinājums: Kas ir stārtaps? #TīklaVīzija Saruna par jaunuzņēmumiem | Tīkla Vīzija "Rīga TV24" | 3.pārraide.




Pētniecība


Kā Strādāja Stefans Hokings
Kā Strādāja Stefans Hokings

Kā Izmērīt Skaņas Ceļojumu Gaisā
Kā Izmērīt Skaņas Ceļojumu Gaisā

Zinātne Ziņas


Pētnieks Izstrādā Sensorus, Lai Savāktu Zemes Datus
Pētnieks Izstrādā Sensorus, Lai Savāktu Zemes Datus

Superbugs Gaļā: Vai Jums Vajadzētu Uztraukties?
Superbugs Gaļā: Vai Jums Vajadzētu Uztraukties?

Nasa Atklāj Fotokonkursa Extreme Weather Uzvarētājus
Nasa Atklāj Fotokonkursa Extreme Weather Uzvarētājus

Kāpēc Novecošanās Apgrūtina Jaunu Triku Iemācīšanos
Kāpēc Novecošanās Apgrūtina Jaunu Triku Iemācīšanos

Senie Arābijas Artefakti Var Pārrakstīt Stāstu “Āfrika Ārpus”
Senie Arābijas Artefakti Var Pārrakstīt Stāstu “Āfrika Ārpus”


LV.WordsSideKick.com
Visas Tiesības Aizsargātas!
Pavairošana Materiālu Atļauts Tikai Prostanovkoy Aktīvu Saiti Uz Vietni LV.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LV.WordsSideKick.com