• РЕГИСТРАЦИЯ

Физики создали первый полностью механический кубит

10 1855


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

    Зачем??? Ну зачем я это слушала?

    https://vk.com/wall548019116_386752

    Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

    0 новых комментариев

      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...
      684
      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...
      1316
      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...
      574
      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...
      862
      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. ...
      1701
      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...
      1161
      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...
      817
      Drozd 18 марта 13:57

      Что если наша Вселенная - это голограмма?

      Идея жизни внутри голограммы остается гипотезой. Она не получила всеобщего признания среди физиков и остается одной из нескольких теорий, пытающихся прояснить фундаментальную природу нашей Вселенной. Представьте на мгновение, что все наше существование — это не что иное, как голограмма — трехмерное изображение, спроецированное на двухмерную поверхность...
      544
      Drozd 15 марта 13:46

      Уровень Мирового океана повышается быстрее прогнозируемого

      В 2024 году специалисты NASA зафиксировали ускоренное повышение уровня Мирового океана, которое превысило ожидаемые показатели. По данным космического агентства, уровень океана поднялся на 0,59 сантиметра, тогда как прогнозируемый рост составлял всего 0,43 сантиметра. Основной причиной такого скачка стало интенсивное таяние ледников, что привело к значительному...
      409
      Drozd 11 марта 10:54

      Cиний свет мешает нам уснуть?

      Да, да. Давно эта теория гуляет в мире. Этот загадочный "синий пик" в светодионом освещении из-за которого якобы портится зрение. А еще экраны гаджетов излучают синий свет, и то, как ваш мозг реагирует на синий свет, может испортить вам сон. Вот научная подоплека. Бессонница и свет Действительно, свет может не дать вам заснуть — просто поп...
      393
      Drozd 10 марта 10:59

      Учёные нашли ключ к выращиванию гигантских овощей

      Грядки будущего могут удивить нас томатами размером с тыкву и баклажанами-гигантами! Исследователи из Университета Джона Хопкинса (США) обнаружили гены, отвечающие за размер плодов у растений семейства паслёновых — томатов, баклажанов, картофеля. Это открытие, опубликованное в журнале Nature, способно перевернуть сельское хозяйство, подарив миру новые сорта ...
      486
      Drozd 4 марта 13:58

      Россия на 20% — болото

      В феврале вся планета отметила один из самых «незаметных» праздников — Всемирный день водно-болотных угодий. Почему для этой экосистемы в международном календаре событий выделен особый день? Почему сегодня судьба болот волнует не только экологов, но и историков? На лекции в Государственном музее-заповеднике «Куликово поле» были озв...
      739
      Drozd 4 марта 10:56

      Гигантский кальмар — самое загадочное существо в океане

      Вы когда-нибудь слышали о загадочном гигантском кальмаре? Он был источником восхищения на протяжении веков – от древних сказок моряков до его дебюта в таблоидах в наше время и увлечения такими популярными фильмами, как "20000 лье под водой". Несмотря на то, что его странный внешний вид на протяжении многих лет внушал страх и трепет, еще многое п...
      816
      Drozd 3 марта 13:56

      Почему все страшные ураганы называют женскими именами

      В научном мире есть такая практика, как называть ураганы женскими именами. Такая традиция имеет свои корни в основах метеорологии и истории. Ученые начали давать имена циклонам и штормам в середине двадцатого века. Можно выделить несколько причин такой практики, некоторые их них будут действительно обоснованными, а другие — лишь основанными на стереотипах...
      244
      Drozd 28 февраля 13:50

      Может ли человек поседеть за несколько часов?

      Обесцвеченные волоски начинают появляться у людей любого пола уже в возрасте старше 25 лет. Постепенно, к 50 годам, у человека седеют некоторые участки головы, например, виски, затылок, челка, или он полностью становится белесым. Есть мнение, что индивид из-за стресса может поседеть мгновенно, причем за несколько часов. Но происходит ли такое в действительности...
      726
      Drozd 28 февраля 10:58

      Что такое «сухая вода»

      Ученые со всего мира уже давно освоили уникальную методику создания несуществующих в природе жидких, твердых и газообразных веществ. Все молекулы создаются искусственно в лабораториях. Одним из необычных открытий является «сухая вода». Звучит очень противоречиво, но все же что это за странная жидкость и зачем она нам нужна?   1. Кто придума...
      1085
      Drozd 27 февраля 19:52

      Рыбы способны узнавать людей

      В клуб разумных животных попадает все больше видов, но рыбам с их крошечным мозгом часто не удается туда попасть. Прежде всего, у них нет причин развивать способность распознавать людей в процессе эволюции. Однако некоторые рыбы заинтриговали группу ученых, работающих на исследовательской станции в Средиземном море. Каждый сезон в полевых условиях некоторые мес...
      582
      Drozd 25 февраля 13:55

      Почему в СССР не было клещей?

      О клещах, которые могут быть источником тяжёлых заболеваний и стать причиной смерти человека, советские исследователи узнали лишь в 1937 году, когда вирусолог Лев Зильберг обнаружил в тканях больных и членистоногих вирус клещевого энцефалита. С тех пор начался активный поиск способа борьбы с опасными членистоногими, который увенчался успехом, хотя и не без побо...
      2375
      Drozd 25 февраля 10:58

      Самое большое в мире асфальтовое озеро

        Исто На юго-западе острова Тринидад в Карибском море расположено озеро Пич-Лейк, состоящее из жидкого природного асфальта. Оно имеет глубину около 80 метров и, по некоторым оценкам, в нем более 6 млн. тонн асфальта! Впервые его обнаружил английский государственный деятель и путешественник Уолтер Рэли в 1595 году. После этого битум озера начали использо...
      660
      Drozd 21 февраля 13:54

      Понимают ли животные из разных стран «язык» друг друга?

      С одной стороны вопрос какой то дурацкий,  а с другой … интересно понимает ли собака из Европы сигналы поведения другой собаки из Австралии? Понятно, что под «языком» понимается все способы, которые живые существа общаются друг с другом. Это и телодвижения и звуки и запахи. Но все же... Животным необходимо понимать друг друга, чтобы в...
      632
      Служба поддержи

      Яндекс.Метрика