Quantum Computers, 애호가 예측은 언젠가 디지털 암호화를 깨는 것에서부터 Wonder Drugs 설계에 이르기까지 기적의 끝이 없을 것입니다. 그러나이 초기 단계에서, 많은 양자 알고리즘의 장점은 여전히 투기 적입니다. 그리고 일부 연구자들은 아 원자 수준에서 필요한 통제를 적용하는 것이 가능하는지 궁금해합니다. 하버드 대학교의 물리학자인 Markus Greiner는“매우 어려운 목표입니다.
그러나 본격적인 양자 컴퓨터가 없어도 물리학 자들은 관련된보다 전문화 된 유형의 기계 (양자 시뮬레이터)를 사용하여 현장의 초기 목표 중 하나를 실현하고 있습니다. 양자 시스템의 비잔틴 거동을 모방합니다.
Richard Feynman은 1981 년 강의에서“자연은 고전적이지 않고 젠장하고 자연의 시뮬레이션을 만들고 싶다면 양자 기계적으로 만드는 것이 좋습니다.”
.지난 몇 년 동안 파리와 매사추세츠 주 캠브리지의 그룹은 다크 호스 유형의 양자 시뮬레이터를 사용 하여이 목적으로 큰 진전을 이루었습니다. 그들은 클래식 컴퓨터에서 복제하는 데 몇 달 이상이 걸리는 일련의 시뮬레이션을 만들었습니다.
현재 뉴 멕시코 대학교 (University of New Mexico)의 기술의 선구자 인 이반 도이치 (Ivan Deutsch)는“그들은 물리학의 일부를 탐구하고있다”고 말했다.
오늘날 Cambridge Group은 아직 가장 중요한 발견을 공개했습니다. 양자 스핀 액체로 알려진 어려운 물질 상태의 탐지는 물질이 조직 할 수있는 방법을 설명하는 세기의 패러다임 외부에 존재합니다. 그것은 이국적인 상태를 예측하는 거의 50 년 된 이론을 확인합니다. 또한 진정으로 유용한 보편적 인 양자 컴퓨터를 구축하려는 꿈을 향한 발걸음이 있습니다.
버클리 캘리포니아 대학교 (University of California)의 응축 된 물질 이론가 인 Ehud Altman은“초음파 원자 실험의 전체 역사를 취한다면이 분야에서 가장 인상적이고 혁신적인 실험 중 하나 일 것입니다.
중립 상태
새로운 연구는 중성 원자를 기반으로 한 양자 컴퓨팅에 대한 새로운 접근법을 사용합니다. 이 방법은 초전도 회로 또는 갇힌 이온과 같은보다 인기있는 양자 컴퓨팅 기술 뒤에 지연되었지만, 중성 원자는 양자 엔지니어의 상상력을 오랫동안 포착 한 특수 특성을 가지고 있습니다.
.양자 컴퓨터를 구축하는 열쇠는 두 가지 모순 요건을 충족시키는 고전적인 비트와 유사한 양자 객체 (양자 물체)를 조립하는 것입니다. 큐 비트는 먼저 외부 세계에서 방화해야합니다. 그렇지 않으면 진동과 열이 양자 모조를 파괴합니다. 그러나 동시에 접근 할 수 있고 조작 할 수 있어야합니다.
중립 원자는 이러한 요구를 특히 잘 균형을 맞추고 있다고 지지자들은 말한다. 레이저 빔은 트랙터 빔과 같은 원자를 포착하고 움직일 수있어 외부 간섭으로부터 보호 할 수 있습니다. 추가 레이저 펄스는 원자를 대체 된 "rydberg"상태로 퍼뜨릴 수 있으며, 이는 고전적인 비트를 뒤집는 것과 유사합니다. 비판적으로, 이러한 중성 원자 큐빗은 한 번에 크고 작다는 "중첩"을 가정 할 수 있으며 양자 컴퓨팅을위한 두 가지 필수 성분 인 "얽힘"을 통해 원격으로 서로 연결할 수 있습니다.
연구원들은 20 년 동안 중성 원자에 대한 제어를 확장 해 왔습니다. 선구자 그룹은 2001 년에 레이저“핀셋”으로 단일 원자를 잡고 2010 년에 원자 쌍을 얽습니다. 케임브리지와 파리의 그룹이 수십 개의 원자를 조기는 방법을 해결했을 때 2016 년에 돌파구가 나왔습니다. 차세대 기계는 트리플 숫자에 도달하여 컴퓨터가 양자 현상의 강력한 시뮬레이터를 만들었습니다.
Deutsch는“우리는 100 ~ 50 큐브에 대해 256 개의 큐빗에 대해 이야기하고 있습니다. “정말 중요합니다.”
연구원들은 이러한 중성 원자의 그리드를 사용하여 양자 물질의 위상을 조사했습니다. 이들은 액체의 친숙한 단계와 비슷하지만 단단하고 믹스에 얽힘과 얽힘을 던져서 더 이국적이고 복잡한 구성을 가능하게합니다. 양자 단계의 탐색은 근본적인 추구이지만, 고온 초전도의 원인을 이해하는 것과 같은 실제 적용을 가질 수 있습니다.
응축 된 물리학 자들은 자연에서 발견 된 결정과 실험실에서 성장할 수있는 결정을 사용하여 그러한 단계를 연구합니다. 그러나 중립 원자 연구자들은 자신의 문제를 유연하게“프로그램”할 수 있으며, 원자를 모든 형태의 격자에 배치하고 Rydberg 상태의 조작을 통해 맞춤형 원자 상호 작용을 제공합니다.
케임브리지 그룹의 리더 인 미하일 루킨 (Mikhail Lukin)은“기본적으로 인공 크리스탈을 조립합니다.”
.올 여름, 케임브리지와 파리 그룹은 각각 256과 196 원자의 배열에 대한 자력 이론 (양자 Ising 모델)을 시뮬레이션했으며, 자기 주머니가 처음으로 변화하는 온도에 따라 자성의 주머니가 어떻게 자라고 줄어들 었는지 정확하게 측정했습니다. 시뮬레이션은 클래식 컴퓨터에서 몇 달이 걸렸을 것입니다. 파리 그룹과 함께 일하는 물리학 자 Thierry Lahaye는“실험기구는 그 물건을 시뮬레이션하려는 것이 비현실적이되는 단계에 있습니다. 두 팀 모두 자연에서 양자 Ising 시뮬레이션을 설명했습니다 7 월.
이제 Harvard의 Lukin 팀, Harvard의 Greiner 's Lab 및 Massachusetts Institute of Technology의 Vladan Vulletić 그룹으로 구성된 Cambridge Collaboration은 양자 시뮬레이터를 사용하여 오랜 세월의 물질 단계를 조사했습니다.
1973 년, 요약 된 개척자이자 최종 노벨상 수상자 인 필립 앤더슨 (Philip Anderson)은 물질이 양자 스핀 액체 (Quantum Spin Liquid)라는 기괴한 상태에 들어갈 수 있다고 예측했다. 많은 원자는 방향을 정의하는 "스핀"으로 알려진 양자 특성을 가지고 있습니다. 스핀은 자기 적으로 상호 작용하여 특히 저온에서 반대 방향으로 가리키는 경향이 있습니다. 그러나 3 개의 원자가 삼각형에 배열된다면, 3 개 중 2 개만이 반대 방향으로 가리킬 수 있습니다. 따라서 삼각형과 같은 원자 격자는 깔끔한 스핀 패턴으로 "동결"할 수 없습니다. 절대 제로에서도 스핀은 계속 변동하여 원자가 액체에 슬로쉬가 어떻게 슬로쉬하는지와 유사합니다.
양자 스핀 액체는 많은 얽힘을 경험합니다. 개별 입자는 시스템의 전반적인 토폴로지 또는 지오메트리를 감지 할 수 있기 때문에이 기능은 "토폴로지"순서로 이어집니다. 얼음 큐브에 구멍을 뚫고 얼어 붙지 만 양자 스핀 액체의 중심에서 원자를 제거하면 시스템의 특성이 바뀔 수 있습니다. 그것은 새로운 물질의 물질에 양자 스핀 액체를 넣습니다.
다양한 그룹은 미네랄 허버트 스미테와 같은 양자 스핀 액체의 간접적 인 힌트를 보았으며, 이는 특히 원자에 좌절하는 결정 구조를 갖는다. 그러나 정의 얽힘과 관련 위상 순서를 한 시점에서 측정 할 수 없기 때문에 양자 스핀 액체로서 재료의 상태를 직접 확인하는 것은 거의 불가능합니다.
케임브리지 그룹은 양자 시뮬레이터를 사용하여 조감도를 보았습니다. 그들은 먼저 Herbertsmithite의 원자처럼 작용하도록 중성 원자를 프로그래밍했으며, On-Off Rydberg State는 스핀을 위해 서 있습니다. 그런 다음 얽힘과 관련된 비 국소 관찰을 얻기 위해 루프와 원자 문자열 전체에 걸쳐 Rydberg 상태를 측정했습니다. 결과는 양자 스핀 액체의 위상 순서의 첫 번째 직접 측정입니다.
“놀라운 것은 매우 설득력이 있다는 것입니다.
토폴로지로 정렬 된 물질 단계 (분수 양자 홀 효과)의 첫 번째 명확한 발견은 1998 년에 노벨상을 수상했습니다. 이제 양자 시뮬레이터는 연구원들에게 두 번째 예를 철저히 해부하는 데 필요한 통제를 제공하고 있습니다.
Lukin은“이 양자 스핀 액체의 프로빙 - 제 생각에는 매우 특별한 순간입니다.
스케일링
양자 시뮬레이터는 여러 가지 실질적인 문제에 유용 할 수 있으며, 중립 원자 그룹은 파리 팀의 PASQAL과 케임브리지의 Quera Computing을 시작했으며, 이달 초 일본 커뮤니케이션 및 전자 상거래 대기업 Rakuten을 포함하여 투자자로부터 1,700 만 달러를 모금했다고 발표했습니다.
장기적으로 회사는 시뮬레이터를 양자 계산을 처리 할 수있는 범용 양자 컴퓨터로 전환하기를 희망합니다. 이를 통해 개별 원자를 완전히 제어하여 본격적인 큐 비트로 사용해야합니다. 이와 관련하여 Google과 IBM의 초전도 양자 컴퓨터만큼 성숙하지는 않지만 최근 127 쿼트 범용 양자 프로세서를 발표 한 중립 원자가 아직 따라 잡을 수 있습니다. Greiner는“때로는 회의적이되기 시작합니다. "그러면 동시에 실험실을 살펴보고 소수의 원자들조차도 슈퍼 컴퓨터가 계산할 수없는 일을 할 수 있다는 것을 알 수 있습니다."
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