Квантовые компьютеры, наконец, находятся на грани полезных

Для всей ажиотажа окружающей квантовые компьютерыИногда технология может показаться решением в поисках проблемы. Научно впечатляющий, но еще явно полезный в реальном мире. Тем не менее, охота за приложениями в настоящее время начинает давать результаты – в частности, стремление к экзотическим квантовым материалам, которые могут перегружать разработку новой электроники и даже более мощные вычислительные системы.

Обнаружение и зондирование Новые фазы -То есть более экзотические эквиваленты льда или жидких фаз воды-это хлеб и мастер физики конденсированного вещества. Эта область помогла нам понять полупроводники, которые делают традиционные компьютеры работать и в конечном итоге могут дать нам практические сверхпроводники, которые будут проводить электричество с идеальной эффективностью.

Но становится все труднее использовать традиционные эксперименты для изучения некоторых из более сложных этапов, которые, как предсказывает теория, должна существовать. Например, теоретическая структура, известная как модель Honeycomb Kitaev, предсказывает существование материалов, демонстрирующих необычные типы магнетизма, а также те, которые содержат необычные квазичастицы-частицы, подобные сущности-известные как любой. На самом деле, было было «многолетнее стремление к фактическому разработке в реальных материалах»,-говорит Саймон Эверед в Гарвардском университете.

Он и его коллеги теперь смоделировали это с помощью квантового компьютера, который имеет 104 кубита, сделанные из чрезвычайно холодных атомов. И они не единственные исследователи, которые делают это. Фрэнк Поллманн В техническом университете Мюнхена в Германии и его коллегах использовались Google Sycamore и Willow Quantum Compustersв каком доме 72 и 105 сверхпроводящих кубитов соответственно, чтобы имитировать невидимое невидимое состояние материи, которое также связано с версией модели Jotecmb Kitaev. Обе команды опубликовали свои исследования.

«Эти две статьи используют квантовые компьютеры для изучения новых фаз материи, которые до сих пор были предсказаны в теории, но не реализованы в экспериментах», – говорит Петр Заплетал в Университете Эрлангена-Нюрберг в Германии, который не участвовал ни в одном исследовании. «Что захватывающе, так это то, как быстро моделирование систем квантовых и конденсированных веществ на квантовых компьютерах становится все более продвинутым».

Обе исследовательские группы подтвердили присутствие всех в своих симуляциях. Это само по себе показывает как прогресс квантовых компьютеров, так и их возможную полезность, потому что у любого человека являются экзотические частицы, которые принципиально отличаются от кубитов и, следовательно, их трудно подражать.

Все остальные существующие частицы делятся на две другие категории – фермионы и бозоны. Те, которые наиболее интересны для химиков и ученых -материалов, обычно являются фермионами, но кубиты, как правило, являются бозонами. Различия между ними, такие как их спины или то, как они ведут себя в больших группах, затрудняют моделирование фермионов, если вы начнете с бозонов, но эксперимент по квантовым компьютеру холодно-атом использовал модель Kitaev для преодоления зазора. Марцин Калиновский В Гарвардском университете, который работал над этим экспериментом, говорит, что они использовали модель Китаева в качестве «холста» для новой физики – начиная с этой модели, он и его коллеги могут подталкивать квазичастицы, чтобы появиться в моделировании, настраивая взаимодействие между кубитами. По словам Калиновски, можно даже тогда использовать некоторые из этих новых частиц для имитации более новых материалов.

Эксперимент, в котором использовались компьютеры Google, включал еще один важный элемент. Он сосредоточился на том, чтобы вывести моделируемый материал из равновесия – эквивалент постоянно встряхивания его. Неравновесные фазы материи в значительной степени невыразились, даже если у них есть аналоги в лаборатории, такие как эксперименты, в которых материал неоднократно поражается лазерным светом, говорит Поллманн. Таким образом, работа его команды отражает то, как физик сгущенной материи в лаборатории может подвергать материал для холодных температур или высоких магнитных полей, а затем попытаться диагностировать, как изменилась его фаза. Такие диагнозы жизненно важны, потому что они могут в конечном итоге показать, при каких обстоятельствах можно использовать материал.

Чтобы быть ясным, эти эксперименты не приведут к чему -то полезному. На самом деле, чтобы получить реальные приложения, исследователям придется повторить свой анализ на больше и менее подвержены ошибкам квантовые компьютеры – тот вид, который мы все еще нетПолем Но два эксперимента вырезают нишу, в которой квантовые компьютеры могут изучать физику и, возможно, привести к открытиям аналогично другим экспериментальным инструментам, которые исследователи использовали на протяжении десятилетий.

Это материалонное наук может быть первым местом, которое квантовые компьютеры доказывают, что их ценность не является шоком. Это соответствует тому, как предшественники квантовых вычислений, такие как Ричард Фейнман, рассказали о технологии в 1980 -х годах, задолго до того, как кто -либо узнал, как сделать один кубит, не говоря уже о десятках. И это заметно отличается от того, как часто представлены квантовые вычисления, где акцент делается на эксперименты, которые демонстрируют Квантовые компьютеры опережают классические компьютеры В задачах не связаны с практическими приложениями.

«Ценность с точки зрения разработки квантовых вычислений как подхода к науке, а не только с точки зрения производительности отдельных устройств, неоспорима в этих видах экспериментов», – говорит Калиновский.