מחשוב קוונטי לוקח צעד קדימה עם פיתוח מרכז ספין חדש

טכנולוגיות חדשות יכולות לשפר שיטות לאחסון והעברת נתונים.

מחשוב קוונטי ממנף את עקרונות מכניקת הקוונטים כדי להתמודד עם אתגרים מורכבים בתחומים שונים, כולל רפואה ו למידת מכונה, שעולה על היכולות של מחשבים מסורתיים. סימולטורים קוונטיים, המורכבים מיחידות קוונטיות הניתנות לתכנות, מאפשרים למדענים לחקות מודלים מורכבים של עולם פיזי. על ידי התאמת האינטראקציות הללו והתבוננות בהתנהגות הסימולטורים, החוקרים יכולים לקבל תובנות לגבי מודלים אלה, ובעקיפין, על העולם האמיתי.

במאמר שפורסם ב סקירה פיזית בונבחר על ידי כתב העת כהצעת עורכים, צוות מחקר בראשות UC Riverside הציע שרשרת של אובייקטים מגנטיים קוונטיים, הנקראים מרכזי ספין, אשר בנוכחות שדה מגנטי חיצוני, יכולים לדמות מגוון של מגנטיים. שלבי החומר וכן המעברים בין השלבים הללו.

"אנחנו מתכננים מכשירים חדשים המאכלסים את מרכזי הספין וניתן להשתמש בהם כדי לדמות וללמוד על תופעות פיזיקליות מעניינות שלא ניתן לחקור במלואן עם מחשבים קלאסיים", אמר שאן-ון צאי, פרופסור לפיזיקה ואסטרונומיה, שהוביל את המחקר. קְבוּצָה. "מרכזי ספין בחומרים במצב מוצק הם אובייקטים קוונטיים מקומיים עם פוטנציאל גדול שלא מנוצל לתכנון של סימולטורים קוונטיים חדשים."

לדברי טרוי לוזי, סטודנט לתואר שני של צאי והמחבר הראשון של המאמר, התקדמות במכשירים אלו יכולה לאפשר ללמוד דרכים יעילות יותר לאחסון והעברת מידע, תוך פיתוח שיטות הדרושות ליצירת מחשבים קוונטיים בטמפרטורת החדר.

"יש לנו רעיונות רבים כיצד לבצע שיפורים בסימולטורים קוונטיים מבוססי מרכז ספין בהשוואה למכשיר המוצע הראשוני הזה", אמר. "שימוש ברעיונות חדשים אלה ובחינת סידורים מורכבים יותר של מרכזי ספין יכולים לעזור ליצור סימולטורים קוונטיים שקל לבנות ולתפעול, תוך כדי יכולת לדמות פיזיקה חדשנית ומשמעותית."

להלן, צאי ולוזי עונים על כמה שאלות על המחקר:

ש: מהו סימולטור קוונטי?

צאי: זהו מכשיר שמנצל את ההתנהגויות החריגות של מכניקת הקוונטים כדי לדמות פיזיקה מעניינת שקשה מדי למחשב רגיל לחישוב. בניגוד למחשבים קוונטיים הפועלים עם קיוביטים ופעולות שער אוניברסליות, סימולטורים קוונטיים מתוכננים בנפרד כדי לדמות/לפתור בעיות ספציפיות. על ידי סחר בתכנות אוניברסאלי של מחשבים קוונטיים לטובת ניצול העושר של אינטראקציות קוונטיות שונות וסידורים גיאומטריים, סימולטורים קוונטיים עשויים להיות קלים יותר ליישום ולספק יישומים חדשים להתקנים קוונטיים, וזה רלוונטי מכיוון שמחשבים קוונטיים עדיין אינם שימושיים אוניברסליים.

מרכז ספין הוא בערך אָטוֹםעצם מגנטי קוונטי בגודל שניתן למקם בקריסטל. זה יכול לאחסן מידע קוונטי, לתקשר עם מרכזי ספין אחרים, ולהיות נשלט באמצעות לייזרים.

ש: מהם כמה יישומים של עבודה זו?

לוזי: אנחנו יכולים לבנות את הסימולטור הקוונטי המוצע כדי לדמות שלבים מגנטיים אקזוטיים של חומר ומעברי הפאזות ביניהם. מעברי פאזות אלו מעוררים עניין רב מכיוון שבמעברים אלו ההתנהגויות של מערכות שונות מאוד הופכות לזהות, מה שמרמז על כך שישנן תופעות פיזיקליות בסיסיות המקשרות בין המערכות השונות הללו.

הטכניקות המשמשות לבניית התקן זה יכולות לשמש גם עבור מחשבים קוונטיים מבוססי מרכז ספין, שהם מועמדים מובילים לפיתוח מחשבים קוונטיים בטמפרטורת החדר, בעוד שרוב המחשבים הקוונטים דורשים טמפרטורות קרות במיוחד כדי לתפקד. יתר על כן, המכשיר שלנו מניח שמרכזי הספין ממוקמים בקו ישר, אך ניתן למקם את מרכזי הספין בסידורים של עד תלת מימד. זה יכול לאפשר מחקר של התקני מידע מבוססי ספין שהם יעילים יותר משיטות המשמשות כיום מחשבים.

מכיוון שקל יותר לבנות ולתפעול סימולטורים קוונטיים מאשר מחשבים קוונטיים, אנו יכולים כיום להשתמש בסימולטורים קוונטיים כדי לפתור בעיות מסוימות שלמחשבים רגילים אין את היכולת לטפל בהן, בזמן שאנו מחכים למחשבים קוונטיים שיתעדנו יותר. עם זאת, זה לא אומר שניתן לבנות סימולטורים קוונטיים ללא אתגר, מכיוון שאנחנו רק עכשיו מתקרבים להיות מספיק טובים במניפולציה של מרכזי ספין, גידול גבישים טהורים ועבודה בטמפרטורות נמוכות כדי לבנות את סימולטור הקוונטי שאנו מציעים.