Series ntawm breakthroughs nyob rau hauv quantum xam
Lub computer zoo tib yam, uas tam sim no hu ua classical lossis ib txwm siv computer ua haujlwm ntawm lub tswv yim ntawm 0s thiab 1s (zeroes thiab ones). Thaum peb nug cov computer ua ib txoj hauj lwm rau peb, piv txwv li ib tug lej xam los yog booking ntawm lub sij hawm los yog txhua yam uas muaj feem xyuam rau lub neej niaj hnub, txoj hauj lwm ntawm lub sij hawm muab yog hloov dua siab tshiab (los yog txhais) rau hauv ib txoj hlua ntawm 0s thiab 1s (uas yog hu ua tus input), qhov kev tawm tswv yim no yog ua tiav los ntawm ib qho algorithm (txhais tau tias yog txheej txheej ntawm cov cai yuav tsum tau ua kom tiav ib txoj haujlwm ntawm lub computer). Tom qab ua tiav no, ib txoj hlua tshiab ntawm 0s thiab 1s raug xa rov qab (hu ua qhov tso zis), thiab qhov no encodes rau cov txiaj ntsig xav tau thiab tau muab txhais rov qab rau hauv cov ntaub ntawv yooj yim rau cov neeg siv-phooj ywg raws li "lus teb" rau qhov uas tus neeg siv xav kom lub computer ua. . Nws yog fascinating uas txawm yuav ntse npaum li cas los yog ntse lub algorithm yuav tshwm sim thiab txawm tej zaum yuav yog theem ntawm kev nyuaj ntawm txoj hauj lwm, lub computer algorithm tsuas yog ua qhov no ib yam - manipulating hlua ntawm cov khoom - qhov twg txhua qhov me ntsis yog 0 lossis 1. manipulation tshwm sim nyob rau hauv lub computer (ntawm lub software kawg) thiab nyob rau hauv lub tshuab theem no yog sawv cev los ntawm hluav taws xob circuits (nyob rau hauv lub computer motherboard). Hauv cov ntsiab lus kho vajtse thaum tam sim no dhau los ntawm cov hluav taws xob circuits, nws raug kaw thiab qhib thaum tsis muaj tam sim no.
Classical Vs Quantum computer
Yog li ntawd, nyob rau hauv classical computers, me ntsis yog ib qho ntawm cov ntaub ntawv uas muaj nyob rau hauv ob lub xeev - 0 los yog 1. Txawm li cas los, yog hais tias peb tham txog. quantum computers, lawv feem ntau siv quantum khoom (tseem hu ua 'qubits'). Cov no yog quantum systems nrog ob lub xeev, txawm li cas los xij, tsis zoo li ib txwm me ntsis ( khaws cia li 0 lossis 1), qubits tuaj yeem khaws cov ntaub ntawv ntau ntxiv thiab tuaj yeem muaj nyob hauv qhov kev xav ntawm cov txiaj ntsig no. Txhawm rau piav qhia txoj hauv kev zoo dua, qubit tuaj yeem xav tias yog ib qho kev xav, qhov twg qubit tuaj yeem yog ib qho taw qhia ntawm tus kheej. Nws tuaj yeem hais tias quantum suav siv qhov zoo ntawm lub peev xwm ntawm subatomic hais kom muaj nyob hauv ntau tshaj ib lub xeev ntawm ib lub sijhawm thiab tseem muaj kev sib koom ua ke. Ntawm qhov tod tes, ib qho classical me ntsis tuaj yeem tsuas yog nyob rau hauv ob lub xeev - piv txwv ntawm qhov kawg ntawm ob tug ncej ntawm tus kheej. Nyob rau hauv lub neej zoo tib yam peb tsis tuaj yeem pom qhov 'superposition' vim tias ib zaug ib qho kev saib tag nrho, cov superpositions ploj mus thiab qhov no yog vim li cas qhov kev nkag siab ntawm cov superpositions tsis meej.
Qhov no txhais tau li cas rau cov khoos phis tawj yog tias quantum computers siv qubits tuaj yeem khaws ntau cov ntaub ntawv siv lub zog tsawg dua li lub khoos phis tawj qub thiab yog li kev ua haujlwm lossis kev suav yuav ua tau sai dua ntawm quantum computer. Yog li, lub khoos phis tawj classic tuaj yeem siv 0 lossis 1, ob lub khoom hauv lub khoos phis tawj no tuaj yeem ua plaub lub xeev (00, 01, 10 lossis 11), tab sis tsuas yog ib lub xeev tau sawv cev rau txhua lub sijhawm. Ib lub computer quantum, ntawm qhov tod tes, ua haujlwm nrog cov khoom uas tuaj yeem nyob hauv superposition, tso cai rau ob lub qubits los sawv cev rau plaub lub xeev tib lub sijhawm vim tias cov cuab yeej ntawm superposition tso tawm cov khoos phis tawj los ntawm 'binary txwv'. Qhov no tuaj yeem sib npaug rau plaub lub khoos phis tawj ua haujlwm ib txhij thiab yog tias peb ntxiv cov qubits, lub zog ntawm quantum computer loj hlob exponentially. Quantum computers kuj tau txais txiaj ntsig los ntawm lwm cov cuab yeej ntawm quantum physics hu ua 'quantum entanglement', txhais los ntawm Albert Einstein, entanglement yog ib qho cuab yeej uas tso cai rau quantum hais sib txuas thiab sib txuas lus txawm tias lawv qhov chaw nyob hauv qhov chaw. ntug kom hloov lub xeev ntawm ib tug instantaneously cuam tshuam rau lwm tus. Lub peev xwm dual ntawm 'superposition' thiab 'entanglement' yog qhov muaj zog heev hauv txoj cai. Yog li ntawd, dab tsi lub quantum computer yuav ua tau yog unimaginable thaum piv rau classical computers. Qhov no txhua yam suab zoo siab heev thiab ncaj nraim, txawm li cas los xij, muaj teeb meem hauv qhov xwm txheej no. Ib lub computer quantum, yog siv qubits (superposed bits) raws li nws cov tswv yim, nws cov zis kuj yuav zoo ib yam nyob rau hauv lub xeev quantum piv txwv li cov zis muaj superposed cov khoom uas tuaj yeem hloov pauv nyob ntawm seb nws nyob hauv lub xeev twg. t yeej tso cai rau peb kom tau txais tag nrho cov ntaub ntawv thiab yog li qhov kev sib tw loj tshaj plaws hauv kev kos duab ntawm quantum xam yog nrhiav txoj hauv kev kom tau txais cov ntaub ntawv ntau npaum li cov ntaub ntawv quantum no.
Quantum computer yuav nyob ntawm no!
Quantum computers tuaj yeem txhais tau tias yog cov tshuab muaj zog, raws li cov thawj coj ntawm quantum mechanics uas siv txoj hauv kev tshiab rau kev ua cov ntaub ntawv. Lawv nrhiav kev tshawb nrhiav cov kev cai lij choj ntawm qhov xwm txheej uas ib txwm muaj tab sis feem ntau tseem nyob zais. Yog tias cov xwm txheej zoo li no tuaj yeem tshawb pom, quantum suav tuaj yeem khiav cov txheej txheem tshiab los ua cov ntaub ntawv thiab qhov no tuaj yeem ua rau muaj kev hloov pauv tshiab hauv cov ntaub ntawv tshawb fawb, tshuaj nrhiav pom, neeg hlau thiab kev txawj ntse. Lub tswv yim ntawm lub computer quantum tau tawm tswv yim los ntawm American theoretical physicist Richard Feynman rov qab los 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 (xws li MIT, thiab Princeton University) tau ua haujlwm ntawm quantum. computer prototypes los tsim ib tug mainstream quantum computer. International Business Machines Corp. (IBM) tau hais tsis ntev los no tias nws cov kws tshawb fawb tau tsim lub tshuab ua haujlwm quantum muaj zog thiab nws tuaj yeem ua rau muaj kev nkag tau tab sis hais tias nws tsis txaus rau kev ua haujlwm feem ntau. Lawv hais tias 50-qubit tus qauv uas tam sim no tab tom tsim tuaj yeem daws tau ntau yam teeb meem uas cov khoos phis tawj classic ua niaj hnub no thiab yav tom ntej 50-100 qubit computers yuav ua rau muaj qhov sib txawv loj xws li quantum computer nrog ob peb puas qubits yuav tuaj yeem ua tau. ua kev suav ntau ib txhij ntau dua li muaj cov atoms hauv qhov paub ntug. Hais lus tiag tiag, txoj hauv kev mus rau qhov twg lub computer quantum tuaj yeem ua tau zoo tshaj lub khoos phis tawj classic ntawm cov haujlwm nyuaj yog nqa nrog cov teeb meem thiab cov teeb meem. Tsis ntev los no Intel tau tshaj tawm tias lub tuam txhab tshiab 49-qubit quantum computer sawv cev rau ib kauj ruam ntawm qhov "quantum supremacy", hauv kev nce qib loj rau lub tuam txhab uas tau pom 17-ntsis qubit system tsuas yog 2 lub hlis dhau los. Lawv qhov tseem ceeb yog kom nthuav dav qhov project, raws li kev nkag siab tias kev nthuav dav ntawm qubits yog tus yuam sij rau kev tsim quantum computers uas tuaj yeem xa cov txiaj ntsig tiag tiag hauv ntiaj teb.
Cov khoom siv yog qhov tseem ceeb rau kev tsim quantum computer
Cov khoom siv silicon tau ua ib feem tseem ceeb ntawm kev suav rau ntau xyoo vim tias nws cov txheej txheem tseem ceeb ua rau nws zoo haum rau kev suav (lossis classical). Txawm li cas los xij, raws li quantum suav muaj kev txhawj xeeb, cov kev daws teeb meem silicon tsis tau txais vim yog ob qho laj thawj, thawj zaug nws nyuaj rau tswj qubits tsim los ntawm silicon, thiab qhov thib ob, nws tseem tsis tau paub meej yog tias silicon qubits tuaj yeem ntsuas thiab lwm yam. kev daws teeb meem. Hauv kev nce qib loj Intel tau tsim tsis ntev los no1 ib yam tshiab ntawm qubit hu ua 'spin qubit' uas yog tsim los ntawm cov pa roj carbon monoxide. Spin qubits zoo ib yam li cov khoom siv hluav taws xob semiconductor thiab lawv xa lawv lub zog quantum los ntawm kev sib tw ntawm ib qho hluav taws xob ntawm ib qho khoom siv silicon thiab tswj kev txav nrog me me, microwave pulses. Ob qhov txiaj ntsig tseem ceeb uas ua rau Intel txav mus rau hauv cov kev taw qhia no yog, thawj zaug Intel raws li lub tuam txhab twb tau nqis peev ntau hauv kev lag luam silicon thiab yog li muaj kev txawj ntse hauv silicon. Thib ob, silicon qubits tau txais txiaj ntsig ntau dua vim tias lawv me dua li qubits, thiab lawv yuav tsum tuav kev sib raug zoo rau lub sijhawm ntev dua. Qhov no yog qhov tseem ceeb tshaj plaws thaum quantum computer systems yuav tsum tau scaled (piv txwv li mus ntawm 100-qubit mus rau 200-qubit). Intel tab tom sim tus qauv no thiab lub tuam txhab cia siab tias yuav tsim cov chips uas muaj ntau txhiab tus qubit arrays thiab cov khoom siv zoo li no thaum ua tiav ntau tuaj yeem ua tau zoo heev rau kev ntsuas lub quantum computers thiab tuaj yeem ua qhov hloov pauv tiag tiag.
Hauv kev tshawb fawb tsis ntev los no tau luam tawm hauv Science, tus qauv tsim tshiab rau photonic muaju (xws li cov qauv siv lead ua siv rau ntawm photonic nti) tau tsim los ntawm ib pab neeg ntawm University of Maryland, USA, uas lawv thov yuav ua rau quantum computers siv tau ntau dua.2. Cov photons no yog qhov tsawg tshaj plaws ntawm lub teeb paub thiab cov crystals tau nkag nrog qhov uas ua rau lub teeb sib cuam tshuam. Cov qauv sib txawv ntawm lub qhov hloov pauv txoj kev lub teeb khoov thiab bounces los ntawm cov siv lead ua thiab ntawm no ntau txhiab lub qhov peb tau ua. Xws li kev siv ib qho photons yog ib qho tseem ceeb rau cov txheej txheem ntawm kev tsim quantum computers vim hais tias cov computers yuav muaj peev xwm xam cov zauv loj thiab cov tshuaj tiv thaiv uas cov computers tam sim no tsis muaj peev xwm ua tau. Lub nti tsim ua rau nws muaj peev xwm hloov ntawm photons ntawm quantum computers tshwm sim yam tsis muaj kev poob. Qhov kev poob no kuj tau pom tias yog qhov kev sib tw loj rau quantum computers thiab yog li cov nti no tau saib xyuas qhov teeb meem thiab tso cai rau txoj hauv kev zoo. quantum cov ntaub ntawv los ntawm ib qhov 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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{Koj tuaj yeem nyeem cov ntawv tshawb fawb thawj zaug los ntawm nyem rau ntawm DOI qhov txuas tau muab hauv qab no hauv cov npe ntawm cov khoom raug suav nrog}
Qhov (s)
1. Castelvecchi D. 2018. Silicon nce hauv av hauv quantum-computing haiv neeg. Xwm. 553 (7687). https://doi.org/10.1038/d41586-018-00213-3
2. Sabyasachi B. et al. 2018. A topological quantum optics interface. Kev tshawb fawb. 359 (6376). https://doi.org/10.1126/science.aaq0327
