Новаторский эксперимент превращает самый большой квантовый компьютер IBM в квантовый материал

Новаторский эксперимент может помочь в разработке энергоэффективных материалов.

В новаторском исследовании, опубликованном в Physical Review Research, группа ученых из Чикагского университета объявила, что им удалось превратить самый большой квантовый компьютер IBM в сам квантовый материал.

Экситонный конденсат

Они запрограммировали компьютер так, что он превратился в квантовый материал, называемый экситонным конденсатом, существование которого было доказано только недавно. Было выявлено, что такие конденсаты обладают потенциалом для использования в технологиях будущего, поскольку они могут проводить энергию с почти нулевыми потерями.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

«Причина, по которой это так интересно, заключается в том, что он показывает, что квантовые компьютеры можно использовать в качестве самих программируемых экспериментов», - сказал соавтор статьи Дэвид Мацциотти, профессор кафедры химии Института Джеймса Франка и Чикагской квантовой биржи, а также эксперт в области молекулярной электронной структуры. «Это могло бы служить мастерской для создания потенциально полезных квантовых материалов».

В течение нескольких лет Мацциотти наблюдал, как ученые всего мира исследуют в физике состояние, называемое экситонным конденсатом. Физики очень заинтересованы в таких новых физических состояниях, отчасти потому, что прошлые открытия повлияли на развитие важных технологий; например, одно такое состояние, называемое сверхпроводником, составляет основу аппаратов МРТ.

Хотя экситонный конденсат был предсказан полвека назад, до недавнего времени никому не удавалось создать его в лаборатории без использования чрезвычайно сильных магнитных полей. Но он заинтриговали ученых, потому что он может транспортировать энергию без каких-либо потерь - то, что не может сделать ни один другой материал, о котором мы знаем. Если бы физики лучше понимали их, возможно, в конечном итоге они могли бы стать основой невероятно энергоэффективных материалов.

«Это могло бы служить мастерской для создания потенциально полезных квантовых материалов», - проф. Дэвид Мацциотти.

Чтобы создать экситонный конденсат, ученые берут материал, состоящий из решетки частиц, охлаждают его до температуры ниже -270 градусов по Фаренгейту и формируют пары частиц, называемые экситонами. Затем они запутывают пары - квантовое явление, в котором судьбы частиц связаны вместе. Но все это настолько сложно, что ученым удавалось создать экситонный конденсат всего несколько раз.

«Конденсат экситонов - одно из квантово-механических состояний, которые вы можете получить», - сказал Мацциотти. Это означает, что это очень, очень далеко от классических повседневных свойств физики, с которыми ученые привыкли иметь дело.

IBM делает свои квантовые компьютеры доступными для людей по всему миру для тестирования своих алгоритмов; компания согласилась «одолжить» свой самый крупный объект, Рочестер, Калифорнийскому университету в Чикаго для проведения эксперимента.

Аспиранты ЛиЭнн Сагер и Скотт Смарт написали набор алгоритмов, которые рассматривали каждый из квантовых битов Рочестера как экситон. Квантовый компьютер работает, запутывая свои биты, поэтому, когда компьютер был активен, все это превратилось в конденсат экситонов.

«Это был действительно крутой результат, отчасти потому, что мы обнаружили, что из-за шума современных квантовых компьютеров конденсат выглядит не как один большой конденсат, а как совокупность более мелких конденсатов», - сказал Сагер. «Не думаю, что кто-то из нас мог бы это предвидеть».

Мацциотти сказал, что исследование показывает, что квантовые компьютеры могут быть полезной платформой для изучения самих экситонных конденсатов.

«Возможность запрограммировать квантовый компьютер так, чтобы он действовал как экситонный конденсат, может быть очень полезным для вдохновения или реализации потенциала экситонных конденсатов, подобных энергоэффективным материалам», - сказал он.

Помимо этого, простая возможность программировать такое сложное квантово-механическое состояние на компьютере знаменует собой важный научный прорыв.

Поскольку квантовые компьютеры настолько новы, исследователи все еще изучают, что мы можем с ними делать. Но одна вещь, которую мы знаем давно, - это то, что существуют определенные природные явления, которые практически невозможно смоделировать на классическом компьютере.

«На классическом компьютере вы должны программировать этот элемент случайности, который так важен в квантовой механике; но в квантовом компьютере эта случайность заложена изначально », - сказал Сагер. «Многие системы работают на бумаге, но никогда не было доказано, что они работают на практике. Так что возможность показать, что мы действительно можем это сделать - мы можем успешно программировать сильно коррелированные состояния на квантовом компьютере - это уникально и интересно». опубликовано econet.ru по материалам scitechdaily.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet