الرقص الفوتونات على طول خط من المكعبات فائقة التوصيل

عندما أفكر في الحوسبة ، عادة ما أفكر في الأمر من حيث البوابات المنطقية الفردية التي تؤدي عمليات محددة. يمكن دمجها معًا لإنشاء عمليات أكثر تطوراً ومفيدة ويمكن دمجها في نهاية المطاف في كارثة مثل EndNote. حتى عندما أقوم بالتبديل المفاهيمي والتفكير في الحوسبة الكمومية ، لا أزال أتوقف عن التفكير في البوابات المنطقية الكمومية.

ولكن هناك فرصة أفضل من أن الحوسبة الكمومية لن تستخدم بشكل مباشر البوابات المنطقية. إذا كانت البوابات المنطقية لن تكون شيئًا في الحوسبة الكمية ، فكيف نحسب؟ طريقة واحدة هي من خلال الصلب ، والتي كتبت عن الكثير.

لكن ابن الزوج المهملة من الحوسبة الكمومية هو ما يسمى "المشي العشوائي الكمي". في معجزة بسيطة ، أظهر الباحثون مسيرة عشوائية عشوائية عبر سلسلة من 12 بت الكم. هذا هو النوع من الخطوات التي قد تبشر ببداية إظهار جهاز كمبيوتر الكم بالفعل على أساس المشي العشوائي.

العشوائية يحسب

يستفيد المشي العشوائي الكمومي من فكرة أن الأجسام الكمومية لا يجب أن تكون مترجمة في الفضاء أو الزمان: الجسيم هو أيضًا موجة ، وتنتشر الأمواج. لذلك ، إذا كان لدي جسم كمي وعرضت عليه طريقين للسفر ، فسوف ينتشر وينتقل إلى الأسفل في نفس الوقت. فقط بعد أن أقوم بإجراء القياس ، أو أن هناك شيئًا ما على المسار الذي يدمر الحالة الكمومية ، سيكون المسار الذي سلكه الكائن محددًا.

يمكن إجراء عملية حسابية عن طريق ترميز المشكلة في شبكة المسارات المتاحة للحالة الكمية. سوف تنتشر وحدات البت في الشبكة وتتداخل مع بعضها البعض في أي مواقع تتقاطع فيها المسارات. عند الخروج ، تتوافق القيمة الأكثر احتمالا للبتات مع إجابة المشكلة.

تكمن الصعوبة في هذا النهج في إنشاء شبكة من المسارات والتأكد من بقاء البتات ، متحدة ، بشكل جيد. بشكل أساسي ، نطلب أن يتصرف كل qubit بطريقة يمكن التنبؤ بها تمامًا أثناء تحركه عبر الشبكة. قد لا نكون قادرين على التنبؤ بقيمة البادئة إذا أردنا قياسها ، لكن يجب أن نكون قادرين على التنبؤ باحتمال نتائج القياس.

لسوء الحظ ، كل عيب في الشبكة يزعج qubit ويقلل من إمكانية التنبؤ به. وهذا بدوره يقلل من فرصة الحصول على الإجابة الصحيحة لحسابنا. عيوب كافية ، والكمبيوتر ليس أفضل من التخمين العشوائي.

المشي في الحسابات

لإثبات أن المعلومات الكمومية يتم الحفاظ عليها أثناء انتشارها من خلال المشي العشوائي ، قامت مجموعة من الباحثين بربط سلسلة مكونة من 12 وحدة توصيل فائقة التوصيل. وضع الباحثون البتة الوسطى في حالة معينة. يمكن لهذه الحالة بعد ذلك القفز من الكوبيت في المنزل إلى الكويبت التالي في اليسار أو في الاتجاه الصحيح. لذلك ، كونه غبي ، فإنه يذهب في كلا الاتجاهين في وقت واحد.

تعني خصائص السلسلة أن الـ qubit سيقفز المواقع في أوقات محددة جيدًا ، لذلك من خلال تكرار التجربة وإيقافها في أوقات مختلفة ، تمكن الباحثون من تتبع تقدم الكويبت على طول السلسلة. لاحظوا أن الكابتة تضرب طرفي السلسلة في وقت واحد وتبدأ في العودة إلى المنتصف. يقوم هذا الكوبيت أكثر من مرتين قبل أن يتحلل في النهاية إلى ضوضاء ، وهذا أمر رائع للغاية.

كان ذلك جميلًا ، لكنه لن ينفذ أي حسابات. تتطلب هذه الشروط أنه إذا تم ربط اثنين من الببتات عندما يتم ضبطهما ، فيجب أن يظل مترابطًا فيما بعد بعد السير لأعلى ولأسفل في السلسلة. أجرى الباحثون هذا الاختبار من خلال تحديد قيمة اثنين من البتات ، والسماح لهم تتداخل مع بعضها البعض. لقد أظهروا أن العلاقات كانت محفوظة. والأفضل من ذلك ، أن طبيعة العلاقة التي لاحظوها (مكافحة الضرب ، بالنسبة لأولئك الذين يريدون المصطلح الفني) تم تحديدها من خلال الطريقة التي أقاموا بها الاقتران بين مواقع qubit في السلسلة.

هذا يدل على نقطة ثالثة مهمة. يعتمد الحساب على أكثر من مجرد امتلاك والحفاظ على البتات. تحتاج أيضًا إلى التحكم في تفاعلاتها. على الرغم من أن الباحثين لا يلعبون هذا ، فإن حقيقة أنهم يستطيعون ضبط الاقتران للحصول على ارتباطات محددة تدل على أن لديهم سيطرة بالفعل.

الطبيعة تضربنا بها

ربما الجزء الأكثر إثارة للاهتمام من أجهزة الكمبيوتر الكم المشي العشوائي هو أنها موجودة بالفعل ، ونحن لن وجود إذا لم تنجح.

ربما يجب أن أشرح ذلك. تعمل عملية التمثيل الضوئي لأن الضوء يخلق جسيمًا كميًا يُطلق عليه exiton ويتعين عليه الانتقال إلى مركز التفاعل قبل أن يتحلل إلى لا شيء. الطريقة الوحيدة للقيام بذلك هي عن طريق السفر في جميع المسارات الممكنة في وقت واحد. من خلال قوة التداخل البنّاء (أو ، إذا كنت تفضل ذلك ، الحوسبة الكمومية) ، يبقى عمر الإكسيتون حوالي ألف مرة أطول مما كان متوقعًا ، مما يسمح له بالوصول إلى مركز التفاعل.

نظرًا لأن عملية التمثيل الضوئي تحدث عند درجة حرارة الغرفة ، فإن ذلك يعطيني الأمل في أن ينتقل الكمبيوتر الكمي في النهاية من ثلاجة تخفيف الهليوم.

العلوم ، 2019 ، DOI: 10.1126 / science.aaw1611 (حول DOIs)

شاهد الفيديو: رقص جماعي في بيتنا (أبريل 2020).