Уметничка репрезентација кубита у симулатору Куантум Твинс
Силицијумско квантно рачунарство
Невиђено велики квантни симулатор могао би да расветли како егзотични, потенцијално корисни квантни материјали функционишу и да нам помогне да их оптимизујемо у будућности.
Квантни рачунари би на крају могли да искористе квантне феномене за потпуне прорачуне који су нерешиви за најбоље конвенционалне рачунаре на свету. Слично томе, симулатор који користи квантне феномене могао би помоћи истраживачима да прецизно моделирају лоше схваћене материјале или молекуле.
Ово посебно важи за материјале као што су суперпроводници, који проводе електричну енергију са скоро савршеном ефикасношћу, јер изводе ово својство из квантних ефеката који би се могли директно применити на квантним симулаторима, али би захтевали више корака математичког превођења на конвенционалним уређајима.
Мицхелле Симонс у Силицон Куантум Цомпутинг у Аустралији и њене колеге су сада креирале највећи квантни симулатор за квантне материјале до сада, назван Куантум Твинс. „Обим и управљивост коју смо постигли са овим симулаторима значи да смо сада спремни да се позабавимо неким веома интересантним проблемима“, каже она. „Ми дизајнирамо нове материјале на раније незамишљене начине тако што буквално градимо њихове аналоге атом по атом.
Истраживачи су направили неколико симулатора уграђивањем атома фосфора у силицијумске чипове. Сваки атом је постао квантни бит, или кубит, који је основни градивни блок квантних рачунара и симулатора, а тим је могао прецизно да распореди кубите у различите мреже које емулирају распоред атома у стварним материјалима. Свака итерација квантних близанаца била је састављена од квадратне мреже од 15.000 кубита – више од било ког претходног квантног симулатора. Слични низови кубита су раније креирани од, на пример, неколико хиљада екстремно хладних атома.
Кроз овај процес обликовања и додавањем електронских компоненти сваком чипу, истраживачи су такође контролисали својства електрона у чипу. Ово је опонашало контролисање електрона у симулираним материјалима, што је кључно за разумевање, на пример, протока електричне енергије унутар њих. На пример, истраживачи би могли да подесе колико би било тешко додати електрон било којој тачки мреже или колико би било тешко да електрон „скаче“ између две тачке.
Симонс каже да се конвенционални рачунари боре са симулацијом великих дводимензионалних система, као и са одређеним комбинацијама својстава електрона, али симулатори Квантних близанаца су обећали за те случајеве. Она и њен тим тестирали су своје чипове симулирајући прелаз између металног (или проводног) и изолационог понашања познатог математичког модела како „прљавштина“ у материјалу може утицати на његову способност да подржи електричне струје. Они су такође измерили системски „Халов коефицијент“ као функцију температуре, која обухвата како се симулирани материјал понаша када је изложен магнетним пољима.
Величина уређаја коришћених у експерименту и способност тима да контролише варијабле значе да би симулатори Квантних близанаца могли да се позабаве неконвенционалним суперпроводницима, каже Симонс. Како конвенционални суперпроводници функционишу на нивоу својих електрона је релативно добро схваћено, али они морају бити изузетно хладни или стављени под огроман притисак на суперпровод, што је непрактично. Неки суперпроводници могу да раде у блажим условима, али да би их конструисали да функционишу на собној температури и притиску, истраживачи морају да их разумеју више микроскопски – врста разумевања коју би квантни симулатори могли да понуде у будућности.
Поред тога, квантни близанци би се могли користити за проучавање интерфејса између различитих метала и молекула сличних полиацетилену који би могли бити корисни за развој лекова или уређаје за вештачку фотосинтезу, каже Симонс.
Теме:
