新的量子计算机设计可能导致实用硬件

量子计算机承诺解决复杂问题的能力,如解码加密通信和开发新的药物,比传统机器快得多。但到目前为止,量子计算机仅用于解决具体问题,主要是为了演示它们的工作原理。

现在,科学家们提出了一种使用微波来量子计算机来控制单个原子的新方法,他们说新方法为更有用的计算机提供了一个蓝图。

英国苏塞克斯大学Ion Quantum技术集团总监Winfried Hensinger说:“我们正在使用一些新概念,极大地简化了如何构建量子计算机。Hensinger领导了新的研究,概述了设计。[ 十大革命电脑 ]

量子计算机将由控制称为离子的带电原子的运动的连接点组成。多达1,296个接头可以适用于常规的3.5英寸(9厘米)硅晶片,并且可以连接晶片,从而允许具有所需量子位的计算机。相比之下,目前的量子计算机至多有十几个位。

量子计算机的工作方式与普通机器相同。在典型的计算机中,这些位以数百万个微小电路编码,并且具有1或0的值。在量子计算机中,称为量子位的位由激发原子的量子态编码,并且可以是1或之间的任何值。

Qubits可以做到这一点,因为量子力学允许状态叠加; 一个粒子从来没有真正处于一个状态,直到被观察到,这意味着它必须以可衡量的方式与外部世界相互作用。叠加并不意味着国家根本看不见; 它真的可以一次存在。因为量子位一次处于不止一个状态,所以量子计算机可以有效地同时处理许多计算。

然而,叠加也是量子计算机难以构建的原因。重叠状态的离子不能与外界接触。研究人员说,即使杂散的热量也可能使离子“崩溃”成一个状态,这消除了量子比特的所有计算能力。

在新架构中,每个连接点由四个电极组成,如十字路口相遇。电极下面是导电并产生磁场的电线。Hensinger说,磁场控制“数据”离子的移动,“离子”离开一个电极上的“加载”区域,以在相对电极的“ 纠缠 ”区域中满足另一个离子。

微波在两个离子相交时被束缚,并且它们被缠结。这意味着,一旦离子发生的任何事情都将立即反映在第二个离子中。这是1或0值被编码的地方,但值是未知的。改变磁场再次将数据离子移回到“十字路口”,在那里它转到第三个电极,称为检测区。在这一点上,激光撞击离子并显示其状态-1或0。

根据研究,科学家们可以建立一个真正的量子计算机。Hensinger和他的同事们设想了一个220万个路口的模块,一个大约14英尺(4.3米),一个相互连接。研究人员说,一千个这样的模块将是足球场的大小,并具有20亿个离子,代表着相当多的量子位。

Hensinger告诉Live Science, 这是利用微波和磁场使设计更容易扩展。

“传统上,你使用激光来执行量子门,”他说。“但是为了使一台计算机有很多量子,你需要十亿个激光束。” 这是不实际的,所以他的团队寻求另一种方式。

其他量子计算机设计在接近于绝对零度的温度下捕获离子,理论上最冷的温度可能(华氏零下45.83度,零下273.15摄氏度)。Hensinger表示,机器可以使用液氮作为冷却剂,在高于约351华氏度(零下213摄氏度)的较高温度下工作。

根据研究,这种类型的量子计算机可以在110天内确定617位数字。这样大量的数据被用于加密网络上的大量通信。(与流行的神话相反,量子计算机不会尝试每一个因素;相反,它会找到一个捷径,让普通的计算机更容易地计算出你想要生产大量数据的因素。)

DigiCert是一家美国公司,为通用安全通信提供数字证书,在其网站上表示,即使在一起工作的1000台台式计算机将比宇宙的时代花费更长的时间。

马里兰州联合量子研究所物理系教授克里斯托弗·门罗(Christopher Monroe)曾从事量子计算设计工作,他表示喜欢为量子计算机设计的思想,因为这些模块不依赖于异国技术 -纸可以在今天建成。另一方面,实际构建量子计算机将是一个真正的挑战,他补充说。

一个问题是机器的大小; 研究指出,如果要拥有20亿位,它将测量一侧超过300英尺(91米)。

即使如此,门罗也表示,这项研究在解决早期研究没有的问题上采取了一个突破。例如,Hensinger和他的团队研究了保持计算机冷却到可靠运行的问题,因为热量可以破坏量子位。

Monroe说:“激光和电流传输磁场是真正的热源,”Monroe说,并入冷却系统是一个好主意。

日本电信公司NTT的理论量子物理研究小组负责人Bill Munro表示,像这样的设计是实际工程的一个转变。尽管如此,他仍然会有一些挑战。

Munro说:“理论与设计与实际建设有很大的区别。然而,设计的简单使它变得合情合理,他补充说。“关键是没有做十亿的量子,你生产一个,然后是10个或者100个。这是我们一直在想的东西。

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