Komputer kuantum baharu memecahkan binari buat kali pertama, maklumat yang disimpan dalam atom kalsium

Selama beberapa dekad, binari telah menjadi asas untuk pengiraan komputer, tetapi apabila ia datang kepada komputer kuantum, sistem binari menghalang mereka daripada mencapai potensi sebenar mereka. Baru-baru ini, satu pasukan saintis dari Universiti Innsbruck, Austria, menyedari jenis komputer kuantum baharu yang berjaya menembusi mod pengiraan binari dan menggunakan apa yang dipanggil "nombor kuantum" untuk melakukan pengiraan, sekali gus mengeluarkan lebih banyak komputer kuantum dengan jumlah kuantum yang lebih sedikit. kuasa pengkomputeran yang banyak.

Penyelidik telah membangunkan komputer kuantum yang memanfaatkan potensi penuh atom kalsium dengan menggunakan qubit untuk melakukan pengiraan. Penyelidikan menunjukkan bahawa, tidak seperti pengkomputeran klasik, menggunakan lebih banyak keadaan kuantum tidak mengurangkan kebolehpercayaan komputer.

Kita semua tahu bahawa komputer menggunakan 0 dan 1 - iaitu maklumat binari - untuk melakukan pengiraan. Model ini sangat berjaya sehinggakan komputer kini menjana segala-galanya daripada mesin kopi kepada kereta pandu sendiri, dan sukar untuk membayangkan kehidupan tanpanya.
Berdasarkan kejayaan ini, komputer kuantum hari ini juga direka bentuk dengan mengambil kira pemprosesan maklumat binari. "Bagaimanapun, komputer kuantum terdiri daripada lebih daripada 0s dan 1s," jelas ahli fizik eksperimen Martin Ringbauer dalam satu kenyataan yang dikeluarkan oleh Universiti Innsbruck. "Menghadkan mereka kepada sistem binari menghalang peranti ini daripada mencapai potensi sebenar mereka."

Sebuah pasukan yang diketuai oleh Thomas Monz dari Jabatan Fizik Eksperimen di Universiti Innsbruck kini telah berjaya membangunkan komputer kuantum yang boleh menggunakan apa yang dipanggil "nombor kuantum" ( qudits) untuk melakukan pengiraan sewenang-wenangnya, membebaskan lebih banyak kuasa pengkomputeran dengan zarah kuantum yang lebih sedikit. Penyelidikan itu baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Nature Physics (

).

(Komputer kuantum boleh melakukan pengiraan sewenang-wenangnya menggunakan apa yang dipanggil nombor kuantum, atau qubit. Ini boleh membebaskan lebih banyak pengiraan dengan Keupayaan zarah kuantum yang lebih sedikit. Qubit ialah unit asas dalam komputer kuantum, yang sepadan dengan nombor binari dalam pengkomputeran klasik Qubit terdiri daripada sistem kuantum, seperti elektron atau foton )Sistem Kuantum

Walaupun menyimpan maklumat dalam 0s dan 1s bukanlah cara yang paling berkesan untuk mengira, ia adalah yang paling mudah. Kesederhanaan juga secara amnya bermaksud boleh dipercayai dan teguh kepada ralat, jadi maklumat binari telah menjadi standard yang sempurna untuk komputer klasik.

Komputer kuantum Innsbruck menyimpan maklumat dalam atom kalsium terperangkap individu, setiap satunya mempunyai lapan keadaan, saintis telah menggunakan tujuh daripadanya negeri untuk pengiraan.

Dalam dunia kuantum, keadaannya sangat berbeza. Dalam komputer kuantum Innsbruck, sebagai contoh, maklumat disimpan dalam atom kalsium terperangkap individu. Setiap atom ini secara semula jadi mempunyai lapan keadaan berbeza, hanya dua daripadanya biasanya digunakan untuk menyimpan maklumat. Malah, hampir semua komputer kuantum sedia ada boleh mencapai lebih banyak keadaan kuantum daripada yang digunakan untuk pengiraan.

Dalam eksperimen, penyelidik menunjukkan pemproses kuantum perangkap ion Qudit (TIQP) universal yang menggunakan struktur hierarki asli rantai perangkap ion 40Ca+. Eksperimen menunjukkan bahawa setiap 40Ca+ ion sememangnya menyokong Qudit dengan 8 tahap tenaga, dengan ruang Hilbert yang sangat bersambung.

Rajah aras tenaga bagi ion 40Ca+. Maklumat kuantum dikodkan dalam keadaan S1/2 dan D5/2, di mana setiap peralihan antara S dan D boleh diakses menggunakan laser jalur sempit tunggal pada 729nm.

Aplikasi yang sangat semula jadi

Komputer kuantum baharu ini boleh mengeksploitasi potensi penuh atom ini dengan mengira menggunakan qudits. Bertentangan dengan kes klasik, menggunakan lebih banyak keadaan tidak menjadikan komputer kurang dipercayai. "Sistem kuantum secara semula jadi mempunyai lebih daripada dua keadaan, dan kami membuktikan bahawa kami boleh mengawalnya dengan baik," kata Thomas Monz.

Sebaliknya, banyak tugasan yang memerlukan komputer kuantum, seperti masalah dalam fizik, kimia atau sains bahan, juga secara semula jadi dinyatakan dalam bahasa qudits. Menulis semula mereka dalam qubit adalah terlalu rumit untuk komputer kuantum hari ini. "Penggunaan lebih daripada 0 dan 1 adalah sangat semula jadi bukan sahaja untuk komputer kuantum tetapi juga untuk aplikasinya, yang membolehkan kami membuka kunci potensi sebenar sistem kuantum," jelas Martin Ringbauer.

Atas ialah kandungan terperinci Komputer kuantum baharu memecahkan binari buat kali pertama, maklumat yang disimpan dalam atom kalsium. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!