Series ntawm breakthroughs nyob rau hauv quantum xam
Ib lub khoos phis tawj ib txwm, uas tam sim no hu ua lub khoos phis tawj qub lossis ib txwm ua haujlwm ntawm lub tswv yim yooj yim ntawm 0s thiab 1s (zeroes thiab ib). Thaum peb hais kom lub khoos phis tawj ua ib txoj haujlwm rau peb, piv txwv li kev suav lej lossis kev teem sijhawm lossis txhua yam cuam tshuam nrog lub neej txhua hnub, txoj haujlwm no thaum lub sijhawm muab hloov pauv (lossis txhais) mus rau hauv ib txoj hlua ntawm 0s thiab 1s (uas tom qab ntawd hu ua qhov nkag), qhov nkag no raug ua tiav los ntawm ib qho algorithm (txhais tias yog ib pawg ntawm cov cai uas yuav tsum tau ua raws li kom ua tiav ib txoj haujlwm ntawm lub khoos phis tawj). Tom qab ua tiav qhov no, ib txoj hlua tshiab ntawm 0s thiab 1s raug xa rov qab (hu ua qhov tso zis), thiab qhov no encodes rau qhov tshwm sim xav tau thiab raug txhais rov qab mus rau hauv cov ntaub ntawv yooj yim rau tus neeg siv ua "lus teb" rau qhov tus neeg siv xav kom lub khoos phis tawj ua. Nws yog qhov txaus nyiam heev uas txawm tias cov algorithm yuav zoo li ntse lossis ntse npaum li cas los xij thiab txawm tias qhov nyuaj ntawm txoj haujlwm yog dab tsi los xij, lub computer algorithm tsuas ua qhov no ib yam xwb - tswj cov hlua ntawm cov bits - qhov twg txhua qhov bit yog 0 lossis 1. Kev tswj hwm tshwm sim ntawm lub computer (ntawm qhov kawg software) thiab ntawm theem tshuab qhov no yog sawv cev los ntawm cov hluav taws xob circuits (ntawm lub computer motherboard). Hauv cov lus kho vajtse thaum tam sim no hla cov hluav taws xob circuits no, nws kaw thiab qhib thaum tsis muaj tam sim no.
Classical Vs Quantum computer
Yog li ntawd, hauv cov khoos phis tawj qub, ib qho me me yog ib daim ntaub ntawv uas tuaj yeem muaj nyob rau hauv ob lub xeev tau - 0 lossis 1. Txawm li cas los xij, yog tias peb tham txog cov khoos phis tawj quantum , lawv feem ntau siv cov quantum bits (tseem hu ua 'qubits'). Cov no yog cov kab ke quantum nrog ob lub xeev, txawm li cas los xij, tsis zoo li cov bit ib txwm muaj (khaws cia ua 0 lossis 1), qubits tuaj yeem khaws cov ntaub ntawv ntau dua thiab tuaj yeem muaj nyob rau hauv txhua qhov kev xav ntawm cov nqi no. Txhawm rau piav qhia hauv txoj hauv kev zoo dua, qubit tuaj yeem xav txog tias yog lub voj voog xav, qhov twg qubit tuaj yeem yog txhua qhov taw tes ntawm lub voj voog. Nws tuaj yeem hais tias kev suav lej quantum siv qhov zoo ntawm lub peev xwm ntawm cov khoom me me subatomic kom muaj nyob rau hauv ntau dua ib lub xeev txhua lub sijhawm thiab tseem yog kev sib cais. Ntawm qhov tod tes, ib qho me me classical tsuas yog tuaj yeem nyob rau hauv ob lub xeev - piv txwv li ntawm qhov kawg ntawm ob lub ncej ntawm lub voj voog. Hauv lub neej niaj hnub peb tsis tuaj yeem pom qhov 'superposition' no vim tias thaum ib lub kaw lus raug saib tag nrho, cov superpositions no ploj mus thiab qhov no yog qhov laj thawj uas kev nkag siab ntawm cov superpositions zoo li no tsis meej.
Qhov no txhais tau tias cov khoos phis tawj quantum siv cov qubits tuaj yeem khaws cov ntaub ntawv ntau heev siv lub zog tsawg dua li cov khoos phis tawj qubit thiab yog li kev ua haujlwm lossis kev suav lej tuaj yeem ua tiav sai dua ntawm lub khoos phis tawj quantum. Yog li, lub khoos phis tawj classical tuaj yeem siv 0 lossis 1, ob lub bits hauv lub khoos phis tawj no tuaj yeem nyob rau hauv plaub lub xeev tau (00, 01, 10 lossis 11), tab sis tsuas yog ib lub xeev sawv cev rau txhua lub sijhawm. Lub khoos phis tawj quantum, ntawm qhov tod tes ua haujlwm nrog cov khoom me me uas tuaj yeem nyob hauv superposition, tso cai rau ob lub qubits sawv cev rau tib lub xeev plaub tib lub sijhawm vim yog cov khoom ntawm superposition tso cov khoos phis tawj ntawm 'binary constraint'. Qhov no tuaj yeem sib npaug rau plaub lub khoos phis tawj khiav tib lub sijhawm thiab yog tias peb ntxiv cov qubits no, lub zog ntawm lub khoos phis tawj quantum loj hlob exponentially. Cov khoos phis tawj quantum kuj siv qhov zoo ntawm lwm yam khoom ntawm quantum physics hu ua 'quantum entanglement', txhais los ntawm Albert Einstein, entanglement yog ib yam khoom uas tso cai rau cov khoom quantum txuas thiab sib txuas lus tsis hais lawv qhov chaw nyob hauv lub ntiaj teb yog li kev hloov pauv lub xeev ntawm ib qho yuav cuam tshuam rau lwm qhov tam sim ntawd. Lub peev xwm ob yam ntawm 'superposition' thiab 'entanglement' muaj zog heev hauv paus ntsiab lus. Yog li ntawd, qhov uas lub computer quantum tuaj yeem ua tiav yog qhov tsis xav txog thaum piv rau cov computers qub. Qhov no zoo li zoo siab heev thiab yooj yim, txawm li cas los xij, muaj teeb meem hauv qhov xwm txheej no. Lub computer quantum, yog tias siv cov qubits (superposed bits) ua nws cov input, nws cov zis kuj yuav zoo sib xws hauv lub xeev quantum piv txwv li cov zis muaj cov superposed bits uas kuj tseem tuaj yeem hloov pauv nyob ntawm seb nws nyob hauv lub xeev twg. Hom zis no tsis tso cai rau peb tau txais tag nrho cov ntaub ntawv thiab yog li qhov kev sib tw loj tshaj plaws hauv kev kos duab ntawm quantum computing yog nrhiav txoj hauv kev kom tau txais cov ntaub ntawv ntau npaum li cas los ntawm cov zis quantum no.
Quantum computer yuav nyob ntawm no!
Cov khoos phis tawj quantum tuaj yeem txhais tau tias yog cov tshuab muaj zog, raws li cov ntsiab cai ntawm quantum mechanics uas siv txoj hauv kev tshiab kiag li rau kev ua cov ntaub ntawv. Lawv nrhiav kev tshawb nrhiav cov kev cai lij choj nyuaj ntawm xwm uas ib txwm muaj tab sis feem ntau tseem zais cia. Yog tias cov xwm txheej ntuj tsim no tuaj yeem tshawb nrhiav tau, kev suav lej quantum tuaj yeem khiav cov algorithms tshiab los ua cov ntaub ntawv thiab qhov no tuaj yeem ua rau muaj kev hloov pauv tshiab hauv kev tshawb fawb txog cov ntaub ntawv, kev tshawb pom tshuaj, robotics thiab kev txawj ntse artificial. Lub tswv yim ntawm lub khoos phis tawj quantum tau raug tawm tswv yim los ntawm American theoretical physicist Richard Feynman rov qab rau xyoo 1982. Thiab niaj hnub no, cov tuam txhab thev naus laus zis (xws li IBM, Microsoft, Google, Intel) thiab cov tsev kawm ntawv qib siab (xws li MIT, thiab Princeton University) tab tom ua haujlwm ntawm cov qauv khoos phis tawj quantum los tsim lub khoos phis tawj quantum tseem ceeb. International Business Machines Corp. (IBM) tau hais tsis ntev los no tias nws cov kws tshawb fawb tau tsim lub platform suav lej quantum muaj zog thiab nws tuaj yeem ua rau muaj kev nkag mus tau tab sis hais tias nws tsis txaus rau kev ua tiav feem ntau ntawm cov haujlwm. Lawv hais tias ib qho qauv 50-qubit uas tam sim no tab tom tsim kho tuaj yeem daws tau ntau yam teeb meem uas cov khoos phis tawj qub ua niaj hnub no thiab yav tom ntej 50-100 qubit khoos phis tawj yuav ua tiav qhov sib txawv piv txwv li lub khoos phis tawj quantum nrog tsuas yog ob peb puas qubits yuav muaj peev xwm ua ntau qhov kev xam zauv tib lub sijhawm dua li muaj cov atoms hauv lub ntiaj teb paub . Kev hais lus tiag tiag, txoj kev mus rau qhov twg lub khoos phis tawj quantum tuaj yeem ua tau zoo dua lub khoos phis tawj qubit ntawm cov haujlwm nyuaj yog muaj kev nyuaj thiab kev cov nyom. Tsis ntev los no Intel tau tshaj tawm tias lub tuam txhab lub khoos phis tawj quantum 49-qubit tshiab sawv cev rau ib kauj ruam mus rau qhov "quantum supremacy", hauv kev nce qib loj rau lub tuam txhab uas tau ua qauv qhia txog 17-bit qubit system tsuas yog 2 lub hlis dhau los. Lawv qhov tseem ceeb yog txuas ntxiv nthuav dav qhov project, raws li kev nkag siab tias kev nthuav dav ntawm cov qubits yog qhov tseem ceeb rau kev tsim cov khoos phis tawj quantum uas tuaj yeem xa cov txiaj ntsig tiag tiag.
Cov khoom siv yog qhov tseem ceeb rau kev tsim quantum computer
Cov khoom siv silicon tau yog ib feem tseem ceeb ntawm kev suav lej tau ntau xyoo vim nws cov peev xwm tseem ceeb ua rau nws zoo rau kev suav lej dav dav (lossis classical). Txawm li cas los xij, raws li kev suav lej quantum, cov kev daws teeb meem silicon tsis tau raug saws vim yog ob qho laj thawj, thawj zaug nws nyuaj rau tswj cov qubits tsim los ntawm silicon, thiab qhov thib ob, nws tseem tsis meej tias cov qubits silicon puas tuaj yeem nthuav dav zoo li lwm cov kev daws teeb meem. Hauv kev nce qib loj Intel tau tsim tsis ntev los no 1 ib hom qubit tshiab hu ua 'spin qubit' uas tsim los ntawm cov silicon ib txwm muaj. Spin qubits zoo ib yam li cov khoom siv hluav taws xob semiconductor thiab lawv xa lawv lub zog quantum los ntawm kev siv lub zog ntawm ib lub electron ntawm lub cuab yeej silicon thiab tswj kev txav mus los nrog cov pulses me me, microwave. Ob qhov zoo tseem ceeb uas ua rau Intel txav mus rau hauv qhov kev taw qhia no yog, thawj zaug Intel ua lub tuam txhab twb tau nqis peev ntau hauv kev lag luam silicon thiab yog li muaj kev txawj ntse hauv silicon. Qhov thib ob, silicon qubits muaj txiaj ntsig ntau dua vim tias lawv me dua li cov qubits ib txwm muaj, thiab lawv xav tias yuav tuav kev sib raug zoo rau lub sijhawm ntev dua. Qhov no yog qhov tseem ceeb tshaj plaws thaum cov txheej txheem suav lej quantum xav tau kev nthuav dav (piv txwv li mus ntawm 100-qubit mus rau 200-qubit). Intel tab tom sim cov qauv no thiab lub tuam txhab xav tias yuav tsim cov chips uas muaj ntau txhiab tus qubit arrays me me thiab qhov kev tsim khoom zoo li no thaum ua ntau tuaj yeem zoo heev rau kev nthuav dav cov khoos phis tawj quantum thiab tuaj yeem ua qhov kev hloov pauv tiag tiag.
Nyob rau hauv kev tshawb fawb tsis ntev los no luam tawm hauv Science , ib tug qauv tshiab tsim rau photonic crystals (piv txwv li ib tug crystal tsim siv rau ntawm ib tug photonic chip) tau tsim los ntawm ib pab neeg ntawm University of Maryland, USA, uas lawv hais tias yuav ua rau quantum computers yooj yim dua 2. Cov photons no yog qhov tsawg tshaj plaws ntawm lub teeb paub thiab cov crystals no tau entrenched nrog qhov uas ua rau lub teeb sib cuam tshuam. Cov qauv qhov sib txawv hloov txoj kev uas lub teeb khoov thiab bounces los ntawm lub crystal thiab ntawm no txhiab ntawm lub triangular qhov tau ua. Kev siv cov photons ib leeg yog qhov tseem ceeb rau cov txheej txheem ntawm kev tsim quantum computers vim tias cov computers yuav muaj peev xwm xam cov lej loj thiab cov tshuaj lom neeg uas cov computers tam sim no tsis tuaj yeem ua tau. Tus tsim ntawm lub chip ua rau nws muaj peev xwm rau kev hloov pauv ntawm photons ntawm quantum computers kom tshwm sim yam tsis muaj kev poob. Qhov kev poob no kuj tau pom tias yog ib qho kev sib tw loj rau quantum computers thiab yog li no lub chip no saib xyuas qhov teeb meem thiab tso cai rau kev ua haujlwm zoo ntawm cov ntaub ntawv quantum los ntawm ib lub system mus rau lwm qhov.
Yav tom ntej
Quantum computers cog lus tias yuav khiav cov kev suav ntau tshaj li ib txwm siv supercomputer. Lawv muaj lub peev xwm los hloov pauv kev tshawb pom ntawm cov ntaub ntawv tshiab los ntawm kev ua kom nws muaj peev xwm simulate tus cwj pwm ntawm cov teeb meem mus rau qib atomic. Nws kuj tsim kev cia siab rau kev txawj ntse txawj ntse thiab neeg hlau los ntawm kev ua cov ntaub ntawv sai dua thiab ua tau zoo dua. Kev xa cov khoom lag luam quantum suav nrog yuav ua tau los ntawm ib lub koom haum loj hauv xyoo tom ntej txij li qhov kev tshawb fawb no tseem qhib tiav thiab kev ua si ncaj ncees rau txhua tus. Cov lus tshaj tawm tseem ceeb yuav tsum tau nyob rau hauv tsib mus rau xya xyoo tom ntej thiab hais lus zoo nrog cov kev nce qib uas tau ua, cov teeb meem engineering yuav tsum tau hais thiab 1 lab lossis ntau dua qubits quantum computer yuav tsum yog qhov tseeb.
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Qhov (s)
1. Castelvecchi D. 2018. Silicon tau nce qib hauv kev sib tw suav lej quantum. Xwm. 553(7687). https://doi.org/10.1038/d41586-018-00213-3
2. Sabyasachi B. et al. 2018. Ib qho interface topological quantum optics. Science. 359(6376). https://doi.org/10.1126/science.aaq0327
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