• РЕГИСТРАЦИЯ

Физики создали первый полностью механический кубит

10 1916


Для начала вспомним, что такое квантовый компьютер и зачем он нужен

Квантовые вычисления, которые часто называют технологической революцией будущего, обещают решить сложные проблемы, далеко выходящие за рамки возможностей обычных компьютеров. В основе этой технологии лежат кубиты — фундаментальные единицы квантовой информации, способные использовать странные свойства квантовой физики. Однако, несмотря на впечатляющие успехи, достигнутые в последние годы, одно препятствие все еще сохраняется: стабильность кубитов.

Недавно команда физиков из ETH Zurich предложила решение, создав первый полностью механический кубит, который может изменить подход к созданию квантовых систем.

5-4.jpg.webp

Кубиты: хрупкий ключ к квантовым вычислениям

В отличие от обычных битов, которые могут представлять только 0 или 1, кубиты используют принцип суперпозиции, чтобы существовать одновременно в этих двух состояниях. Эта уникальная особенность позволяет им обрабатывать огромные объемы информации параллельно, открывая путь к чрезвычайно быстрым и мощным вычислениям. Однако за эту сложность приходится платить: традиционные кубиты крайне нестабильны.

В частности, многие кубиты основаны на сверхпроводящих схемах, использующих электромагнитные колебания. В таких системах микроволны используются для изменения состояний кубитов и выполнения вычислительных операций. Такие электромагнитные кубиты, например, используемые в процессорах Google или IBM, находятся на переднем крае современных исследований. В некоторых случаях также используются гибридные системы. В них сочетаются различные подходы, позволяющие использовать преимущества нескольких технологий. Например, кубиты могут быть созданы с помощью ионов, захваченных в ловушку электромагнитного поля и управляемых лазерами, или путем соединения электромагнитных состояний с механическими колебаниями (акустическими модами) для улучшения их контроля или стабильности.

Несмотря на перспективность, эти системы все еще очень чувствительны к внешним возмущениям, будь то перепады температуры, электромагнитные помехи или даже механические колебания окружающей среды. Эти внешние воздействия приводят к быстрой потере квантового состояния, что известно как декогеренция. В результате время, в течение которого эти кубиты могут сохранять пригодную для использования информацию, называемое временем когерентности, чрезвычайно мало, часто измеряется микросекундами, что ограничивает их эффективность в сложных вычислениях и требует дорогостоящих систем коррекции ошибок. Именно эта хрупкость и побудила исследователей искать альтернативные подходы. Что, если сделать кубиты более надежными за счет полностью механической конструкции?

Первый механический кубит: революционная инновация

Команда из ETH Zurich решила эту задачу, разработав совершенно новое устройство. Вместо того чтобы полагаться на электромагнетизм, их кубит основан на механической структуре. В основе их изобретения лежит вибрирующая мембрана, похожая на тонкую барабанную перепонку, натянутую на жесткую поверхность. Эта мембрана может находиться в одном из трех состояний: неподвижном (без вибрации), вибрирующем (регулярно колеблющемся) или в квантовой суперпозиции этих двух состояний. Другими словами, она может одновременно не вибрировать и вибрировать — ключевое свойство кубитов, позволяющее проводить уникальные квантовые вычисления. Чтобы сделать устройство функциональным, исследователи использовали пьезоэлектрический диск — материал, преобразующий механические колебания в электрические сигналы, что позволяет эффективно управлять состояниями кубита.

Этот диск, действующий как механический резонатор, установлен на основание из сапфира, сверхпрочного и термически стабильного материала. Это основание играет решающую роль в минимизации внешних возмущений, таких как перепады температуры или паразитные вибрации, которые могут изменить работу системы. Кроме того, сам кубит, изготовленный из сверхпроводящего материала (способного проводить электричество без сопротивления), также установлен на отдельном сапфировом основании. Эта двойная структура (механический резонатор и сверхпроводящий кубит) соединена сверхточными технологиями производства, разработанными специально для этого проекта. Эта оригинальная конфигурация обеспечивает стабильное и контролируемое взаимодействие между механической частью (резонатором) и квантовой частью (кубитом).

Одним словом, представьте себе очень тонкую вибрирующую мембрану в сердце устройства, стабилизированного сверхпрочными материалами, где каждый компонент предназначен для взаимодействия с исключительной точностью. Эта уникальная конструкция позволяет преодолеть ограничения, существующие у современных кубитов, и при этом обеспечивает гораздо большее время когерентности (время жизни квантовых состояний) и большую стабильность.

Многообещающая производительность

Первые испытания этого механического кубита показали впечатляющие результаты. Оказалось, что время когерентности, которое имеет решающее значение для надежности квантовых вычислений, значительно больше, чем у традиционных систем. Другими словами, этот механический кубит может хранить квантовую информацию дольше, не теряя ее, обеспечивая более стабильную платформу для сложных вычислений. Такая повышенная стабильность может устранить одно из главных препятствий на пути к созданию полностью работоспособных квантовых компьютеров. С более надежными кубитами системам потребуется меньше ресурсов для исправления ошибок, что сделает квантовые компьютеры более эффективными и доступными.

Это новшество открывает захватывающие перспективы для квантовых вычислений. Среди планируемых применений — молекулярное моделирование для разработки новых лекарств, оптимизация логистических сетей и передовая криптография, которая может гарантировать полностью безопасные коммуникации. Кроме того, механические кубиты могут стать жизнеспособной альтернативой для систем, требующих высокой прочности в сложных условиях, таких как спутники или промышленные установки.

Следующие шаги в исследовании

Осознавая потенциал своего открытия, исследователи из ETH Zurich не собираются останавливаться на достигнутом. Они планируют провести эксперименты с другими материалами, чтобы еще больше увеличить время когерентности. В то же время исследователи хотят пойти дальше и интегрировать эти механические кубиты в полноценную квантовую вычислительную систему.

Под полной системой понимается устройство, в котором кубиты работают не изолированно, а взаимодействуют друг с другом для выполнения вычислений. Для этого они будут использовать квантовые ворота, которые в квантовых компьютерах являются эквивалентом логических схем в обычных компьютерах. Эти ворота позволяют манипулировать кубитами, изменяя их состояния (например, применяя такие операции, как инверсия или суперпозиция). Испытав механические кубиты с помощью квантовых затворов, ученые смогут оценить их эффективность и надежность в практических сценариях, то есть в ситуациях, близких к тем, которые могут возникнуть в работающем квантовом компьютере.

Это позволит им определить, действительно ли механические кубиты являются жизнеспособной альтернативой электромагнитным или гибридным кубитам, используемым в настоящее время.

Источник

Всё, о чём не расскажет РЕН-ТВ

    Они ТАМ есть! Но есть ВЫ!

    Меньшая часть подписчиков — таких же обычных людей, как и все русские, — действительно воспринимает чужую боль, чужое несчастье как своё. Это не значит, что одни — правильные и хорошие,...

    Фотографии Чернобыльской зоны отчуждения, сделанные сталкерами в наши дни

    Реактор Чернобыльской АЭС Реактор в день катастрофыПредставленный снимок является единственным уцелевшим изображением реактора в день после происшествия. Фотография сделана 26 апреля ...

    Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

    0 новых комментариев

      Drozd 24 апреля 21:59

      Что будет с человечеством, если магнитные полюса Земли сместятся

      Геомагнитная инверсия — грандиозный планетарный процесс, заключающийся в смене местами северного и южного магнитных полюсов. Надо сказать, что он не является чем-то из ряда вон выходящим в многомиллиардной истории планеты. Палеомагнитные исследования убедительно свидетельствуют о том, что подобные "рокировки" случались неоднократно, оставляя сво...
      1445
      Drozd 23 апреля 20:10

      Атомная батарейка в груди

      Кардиостимуляторы используются для стимуляции регулярного сердцебиения, когда естественная электрическая система кардиостимуляции в организме перестает выполнять свою функцию или работает неправильно. На протяжении многих лет для кардиостимуляторов искали наилучшие «батарейки». В 70-х годах до использования литий-ионных батарей для питания кардиости...
      384
      Drozd 22 апреля 13:51

      Многое из того, что вам говорили о динозаврах, было неправдой

      Все в детстве любили динозавров, и практически все просто обожали «Парк Юрского периода». Но не многие знают, что практически всё, что нам рассказывает о динозаврах массовая культура — неправда. В этой подборке вы сможете прочитать самые популярные заблуждения о динозаврах. Динозавры были самыми большими созданиями из когда-либо существовав...
      2291
      Drozd 22 апреля 10:44

      Кяриз - отверстия в земле

      Когда говорят о Персии, то в первую очередь приходит на ум царь Ксеркс, с которым сражались спартанцы в Фермопильском ущелье во времена Греко-персидских войн. Между тем хотим обратить твое внимание на то, что персы того времени представляли собой довольно развитую цивилизацию, наследие которой до сих пор заявляет о себе. Посмотри на эти странные отверстия в зем...
      1978
      Drozd 18 апреля 20:54

      В чем разница между фактом, гипотезой, теорией и законом

      Возможно, вы слышали, как кто-то пренебрежительно отзывается об эволюции — «ведь это всего лишь теория». С другой стороны, гравитация должна быть на 100% реальной — в конце концов, это «закон». Но эти общие впечатления не совсем правильные. Слова «факт», «гипотеза», «теория» и «закон&raq...
      771
      Drozd 18 апреля 10:43

      Почему в темноте люди не различают цвета?

      «Механизм», с помощью которого человеческий организм различает цвета, в настоящее время не изучен до конца. Также современная наука не может пока что ответить на вопрос о том, почему же в темноте людям предметы кажутся одинаковыми с точки зрения цветопередачи. Большой вклад в изучение данного направления сделал Исаак Ньютон, который доказал – ...
      279
      Drozd 15 апреля 20:53

      Ученые открыли новую группу крови

      В 1972 году у беременной женщины обнаружили необычную особенность крови: в ней отсутствовал поверхностный молекулярный маркер, который есть у всех остальных людей. Спустя 50 лет исследователи из Великобритании и Израиля наконец раскрыли эту загадку, открыв новую систему групп крови. Неожиданное открытие Большинству людей знакомы системы ABO и резус-фактор...
      1227
      Drozd 15 апреля 10:57

      Действительно ли адреналин делает человека сильнее и быстрее?

      Адреналин действительно помогает быстрее реагировать, стремительнее бежать и временно забыть о боли, но превращает ли он людей в супергероев? Разбираемся, что происходит с телом в момент опасности и почему эта «турбо-сила» не может быть постоянной. Адреналин – это не волшебство, а биохимия Согласно распространенному убеждению, адреналин ...
      299
      Drozd 12 апреля 10:45

      Что будет, если человечество перестанет есть мясо?

      Улучшение экологии Животноводство сегодня признается одним из главных факторов, разрушающих экологию планеты. Оно производит почти 20% выбросов всех парниковых паров (больше всех видов транспорта) и занимает огромные территории сельхозугодий, под которые вырубаются ценные леса. С 1950-х годов под нужды животноводства было уничтожено больше 50% тропических лесов...
      659
      Drozd 11 апреля 20:50

      Самая сложная самодельная бомба за всю историю

      "Мне кажется, тут этого быть не должно". Так подумал Боб Винсон, ночной дежурный в Казино Харви «Деревянное колесо» в Лейк-Тахо, штат Невада. Под «тут» Винсон подразумевал закуток прямо возле комнаты с телефонной аппаратурой в рабочем секторе второго этажа отеля. Под «этим» — любопытное устройство неизвестного пр...
      1652
      Drozd 8 апреля 19:45

      Как размножаются осьминоги

      Ученые давно установили, что практически все головоногие моллюски, кроме наутилусов (Nautilus) и осьминогов-аргонавтов (Argonauta) — единственного современного рода, обитающих в открытых морях, спариваются и размножаются один раз в жизни. После наступления репродуктивного возраста осьминоги начинают искать себе партнера, а до этого момента предпочитают жить ...
      825
      Drozd 8 апреля 16:56

      Секвойная лихорадка

      На фото: 1341-летнее дерево по прозвищу «Марк Твен» было срублено в 1892 году в США. Это было одно из самых крупных деревьев в мире. Его диаметр превышал 7 метров. Секвойя начала расти в 550 году. В XIX веке американцы едва не уничтожили самое крупное и древнее дерево в мире. В итоге беспощадной вырубки, гигантские секвойи, которые появились на Земл...
      1759
      Drozd 4 апреля 10:59

      Как добывают ртуть?

      Добыча ртути во все времена не обходилась для человечества без потерь. Это опасный для здоровья металл, который приносит отравление всему организму. В промышленном производстве ртуть незаменима – это единственный жидкий металл. Но интерес к нему был всегда, особенно у ремесленников в Средней Азии. Именно здесь появились первые ртутные рудники в 6-4 веках ...
      1368
      Drozd 1 апреля 10:57

      Откуда взялись пупырышки на огурцах?

      Огурец – один из самых любимых и узнаваемых овощей на нашем столе. Огурцы бывают разные. Большие, полосатые, свежие и перезрелые, продолговатые, бочкообразные, с семенами и без. А ещё есть огурцы бывают с пупырышками – именно такие овощи чаще всего можно увидеть в разносолах. А вы знаете, откуда на огурцах взялись пупырышки? Огурец много сотен ле...
      766
      Drozd 31 марта 13:51

      Почему современная медицина не может вылечить человека от бешенства

      Бешенство – вирусное заболевание, передающееся при непосредственном контакте со слюной или тканями мозга инфицированного животного. Приводит к параличу и остановке сердца. Ежегодно от бешенства умирает около 60 000 человек по всему миру. Почему так и не научились лечить бешенство? Время укуса имеет существенное значение при бешенстве. Инфекция быстро р...
      1390
      Drozd 29 марта 13:50

      Мифы и факты о гремучих змеях

      «Гремучая змея — это шедевр эволюции, созданный для выживания там, где другие сдаются. Наша задача — не уничтожать, а понять её» — Луис Мендоса. От раскаленных песков Аризоны до болот Флориды и горных хребтов Мексики — гремучие змеи царствуют в самых экстремальных уголках Америки. Эти рептилии, чьи предки появились более 12 м...
      639
      Drozd 29 марта 10:57

      Почему не ржавеет нержавейка?

      Даже по названию «нержавейка» понятно, что она не подвергается коррозии или все же ржавеет, но не так сильно, как обычная сталь. Откуда берется такая особенность у этого материала? Ученые Пьер Бертье и Майкл Фарадей в 1820-х годах заметили, что железо с хромом обладает устойчивостью к кислотной коррозии. Но тогда им было неизвестно, что особенную...
      934
      Drozd 25 марта 20:44

      Почему мы не помним свое детство? Новое открытие меняет представление о памяти младенцев

      Уже давно признано, что дети не имеют четких воспоминаний о своих ранних годах. Это явление, известное как младенческая амнезия, означает неспособность вспомнить события, произошедшие в раннем детстве. Многие считали эту амнезию естественным процессом, обусловленным незавершенным развитием мозга, в частности гиппокампа, области, отвечающей за формирование памяти. ...
      1788
      Drozd 24 марта 10:57

      Можно ли спастись от жажды с помощью кактуса?

      Никогда не знаешь, в какую передрягу можешь угодить, поэтому всегда полезно знать парочку советов по выживанию в экстремальных условиях. Например, первое правило выживания в пустыне: не «пейте» кактус! В фильмах про ковбоев и в документальном кино про экзотические страны можно часто увидеть, что люди и едят, и «пьют» кактусы. Дейст...
      1213
      Drozd 21 марта 13:53

      Самые длинные волны в мире

      Не такая уж прикольная тема, но все же очередное пополнение нашей рубрики САМОЕ САМОЕ Как то я вам рассказывал про Волны-убийцы и что такое Приливная волна, а вот посмотрите какие еще волны бывают. Маленький прибрежный город Пуэрто Чикама в северо-западной части Перу славится самыми длинными океанскими волнами в мире, идеальными для занят...
      859
      Служба поддержи

      Яндекс.Метрика