LOADING ...

Microsoft tạo ra quasiparticle nửa điện tử hoang dã cho máy tính lượng tử tương lai của nó

Ryan F. Mandelbaum Mar 29, 2018. 3 comments

Microsoft vừa công bố một tiến bộ điện toán lượng tử ngày hôm nay: một phép đo trông giống như một electron bị tách làm đôi trong một sợi dây. Nó sẽ có tầm quan trọng trung tâm nếu công ty hy vọng tạo ra một máy tính lượng tử hoạt động.

Các công ty lớn như IBM, Google và Intel (và thậm chí một vài công ty khởi nghiệp) đã xây dựng các máy tính lượng tử với nhiều qubit. Có vẻ như Microsoft đang tụt lại phía sau, nó thậm chí còn chưa ra mắt một qubit nào! Nhưng Microsoft đang làm việc trên máy tính lượng tử của riêng mình, kết hợp vật lý làm tan chảy não để vượt qua những thách thức gây khó khăn cho các đối thủ. Nếu nó làm mọi thứ hoạt động, đây có thể là một vấn đề thực sự lớn.

Máy tính lượng tử là những máy sử dụng các kiến ​​thức cơ bản về vật lý lượng tử, vật lý của các hạt nhỏ nhất, để thực hiện các phép tính khó hoặc không thể thực hiện được đối với các máy tính thông thường. Trong khi bạn có thể đã nghe nói về máy có nhiều như

72 qubit của Google , đó là không chính xác. Các rung động hoặc năng lượng nhỏ nhất từ ​​môi trường bên ngoài có thể dẫn đến lỗi trong tính toán. Nhưng máy tính lượng tử 'topo' của Microsoft có thể giảm đáng kể tiếng ồn đó. Các nhà nghiên cứu của nó đang thực hiện một số tiến bộ trong năm nay, bao gồm một bài báo được xuất bản ngày hôm nay trên Nature, và họ nghĩ rằng họ sẽ có các qubit hoạt động vào cuối năm nay.

Một trong những qubit của chúng tôi sẽ có sức mạnh tương đương 1.000 hoặc 10.000 qubit ồn ào, của Microsoft, Julie Love, giám đốc phát triển kinh doanh máy tính lượng tử, đã nói với tôi vài tuần trước tại một phòng họp của Microsoft gần Quảng trường Thời đại của New York.

Máy tính tính toán với các bit Hệ thống hai trạng thái, giống như một đồng xu có thể là đầu hoặc đuôi. Một bit lượng tử, hoặc qubit, là như nhau, ngoại trừ đồng xu đang lật trong hộp đen trong quá trình tính toán. Bạn được phép đặt một số giá trị ban đầu ở mỗi bên của số phức phức xu Coin có dạng a + b i giống như bạn đã học ở trường trung học, khi bị thao túng, sẽ đưa ra khả năng đồng xu rơi vào đầu hoặc đuôi. Bạn chỉ biết giá trị của đồng xu khi bạn mở hộp. Tính toán được thực hiện bằng cách đặt một số đồng xu gắn liền với nhau trong hộp cùng lúc và tương tác chúng theo cách sao cho các giá trị ban đầu đó kết hợp với nhau về mặt toán học. Đầu ra bây giờ phụ thuộc vào tất cả các đồng tiền, điều này làm cho sự kết hợp nhất định của đầu hoặc đuôi có nhiều khả năng và một số nhất định bị cấm.

Hệ thống này có thể hữu ích cho nhiều thứ, như mô phỏng hóa học tiên tiến hoặc trí tuệ nhân tạo. Nhưng điều quan trọng là tìm ra một hệ thống đầu và đuôi lượng tử trong đó hai trạng thái có thể tạo thành chồng chập (hộp đen), vướng víu (buộc các đồng tiền lại với nhau) và can thiệp (khả năng thay đổi khi các đồng tiền được kết hợp trong hộp ). Bạn cũng phải tìm một hệ thống trong đó các đồng tiền tiếp tục lật ngay cả khi bạn huých vào hộp, hoặc tìm cách xây dựng các khoản dự phòng để giải thích cho việc khoả thân.

Các nhà nghiên cứu của Microsoft nghĩ rằng chìa khóa để khắc phục vấn đề ảnh khỏa thân là một hệ thống tôpô. Chúng tôi đã viết về những điều này trước đây: Chúng là những hệ thống được thiết kế

giữ lại một số phẩm chất vốn có bất kể bạn thay đổi chúng như thế nào Chúng được gọi là các đối tượng tô pô.

Các nhà nghiên cứu trước tiên cần xây dựng đối tượng tôpô của họ. Microsoft chế tạo một phần dây bán dẫn đặc biệt làm từ antimonide, được bao quanh bởi nhôm siêu dẫn. Làm mát dây này đến độ không gần như tuyệt đối trong từ trường tạo điều kiện cho các electron có hành vi tập thể buộc các tính chất điện nhất định phải đảm nhận các giá trị rời rạc.

Thông tin lượng tử sẽ được lưu trữ trong hệ thống này không phải trong bất kỳ hạt nào, mà trong hành vi tập thể của toàn bộ dây. Thao tác dây trong từ trường có thể làm cho nó xuất hiện một nửa electron, hay chính xác hơn là một hạt nằm giữa một electron và không phải là electron, nằm ở hai đầu. Những cái gọi là fermion Majorana, hay Majorana zero-mode, được bảo vệ bởi hành vi tôpô tập thể của hệ thống, bạn có thể di chuyển một vòng quanh dây mà không ảnh hưởng đến dây kia.

Các chế độ zero Majorana này cũng tạo thành hai trạng thái qubit. Nếu bạn mang chúng lại với nhau, chúng sẽ biến thành các hạt không hoặc một hạt đầy đủ.

Đó là tiến bộ mà các nhà khoa học trực thuộc Microsoft tại TU Delft và các trường đại học khác đang báo cáo ngày hôm nay. Họ đã quan sát bằng chứng khá mạnh mẽ về sự tồn tại của các chế độ zero Majorana, nửa electron, trong dây của chúng.

Nếu bạn đang đọc nhưng bị mất, về cơ bản, Microsoft đã phát triển một hệ thống các nguyên tử trông giống như chúng có một nửa electron ở hai đầu. Thiết lập đặc biệt của chúng không rơi vào nhiễu lượng tử khi bạn di chuyển một nửa electron xung quanh. Đặt các nửa electron lại với nhau và bạn có được một trong hai trạng thái qubit: một cái gì đó hoặc không có gì.

Nhưng đó chỉ là tạo ra một hệ thống ít tĩnh hơn. Có nhiều việc phải làm để thực sự làm máy tính lượng tử. Chúng tôi cần phải di chuyển hai Majorana xung quanh nhau, sao cho hiệu quả của việc trao đổi đó sẽ thể hiện số liệu thống kê phi abelian, nhà nghiên cứu Leo Microsoft và TU Delft Leo Kouwenhoven nói với Gizmodo. Bạn cần phải thực sự thao túng Majorana theo một cách nào đó.

Đừng sợ hãi về bit không abelian đó. Tất cả các phương tiện khác không phải là abelian là nếu bạn thực hiện hai thao tác khác nhau trên Majoranas, việc thay đổi thứ tự sẽ trả về một kết quả khác. Nếu bạn lật điện thoại ra khỏi bạn và sau đó xoay nó sang phải, nó sẽ đối mặt với một chiều. Nếu bạn xoay nó sang bên phải và sau đó lật nó ra khỏi bạn, nó sẽ đối mặt với cách khác. Đó là một tập hợp hoạt động phi abelian. Về cơ bản, bạn có thể có được các phép đo khác nhau trên Majorana nếu bạn trao đổi chúng theo những cách khác nhau.

Về mặt kỹ thuật, bạn cần bốn hạt Majorana, ít nhất, để thực hiện bất kỳ tính toán lượng tử nào. Giả sử cả bốn được sắp xếp trên bốn góc của một chữ H, với hai trong số các dây đặc biệt được liên kết ở giữa. Nếu bạn hoán đổi hai Majorana hàng đầu, và sau đó là hai Majorana, bạn sẽ đo được thứ gì đó khác với khi bạn đổi bên thứ hai trước.

Hành động hoán đổi này được gọi là bện. Về cơ bản, đó là sự liên kết các đồng tiền trong hộp đen mà tôi đã nói ở trên. Lý do phải không phải là abelian là vì các định luật vật lý nói rằng mọi hạt giống hệt nhau, vì vậy việc thiết lập hệ thống này với các electron thông thường và hoán đổi chúng xung quanh sẽ không giữ được bất kỳ kiến ​​thức nào về những gì đã xảy ra trước đó. Nhưng những người không phải là abelian-ness này có nghĩa là họ giữ lại ký ức về những gì đã xảy ra trước đó, điều này cho phép bạn phân biệt các qubit của mình và tính toán với chúng.

Các nhà nghiên cứu vẫn chưa chứng minh được khả năng bện, nhưng phó chủ tịch tập đoàn Microsoft Quantum của Microsoft, ông Todd Holmdahl, trước đây đã nói với tôi rằng họ hy vọng sẽ thực hiện khám phá đó trong vòng một năm.

Điều quan trọng cần lưu ý là các qubit topo này không thể làm mọi thứ mà các qubit khác có thể làm được, Kouwenhoven nói. Nếu bạn coi mọi sự kết hợp có thể có của hai trạng thái lượng tử là các điểm trên một mặt cầu, các hoạt động hoán đổi này không thể đạt được mọi điểm. Nhưng, Kouwenhoven nói bóng gió, chúng tôi có một kế hoạch.

Các nhà vật lý không tham gia vào nghiên cứu đã hào hứng với nó vì nhiều lý do. Giành tôi nghĩ rằng bài báo này là một vấn đề lớn, Giáo sư Smith Smith Vishveshwara, phó giáo sư tại Khoa Vật lý tại Đại học Illinois tại Urbana-Champaign, nói với Gizmodo. Cô nghĩ bím tóc có thể ở khúc quanh hoặc xa hơn một chút: Nhiều bước vẫn phải rơi vào vị trí. Nhưng mỗi khi một bước mới được xác nhận, tôi nghĩ nó thật ly kỳ.

Cô cũng hào hứng không kém về chính vật lý. Những hạt Major Majorana này ban đầu được cho là tồn tại trong không gian tự do như là phản hạt của riêng chúng. Majorana chưa được phát hiện trong không gian trống, nhưng thật tuyệt khi phát hiện ra chất tương tự của chúng trong một hệ thống như thế này.

Không cần phải nói, Microsoft đã đầu tư hàng triệu đô la để khám phá hoàn toàn vật lý mới trong các hệ thống được thiết kế kỹ thuật cao để làm cho máy tính lượng tử của nó hoạt động. Kiểu này giải thích tại sao Microsoft chưa có một cặp qubit tương tác đang hoạt động, mặc dù nó đã đồng thời làm việc trên phần cứng và bộ công cụ phát triển hướng tới người dùng với ngôn ngữ lập trình.

Microsoft tự tin rằng nếu có được mọi thứ và vận hành, nó sẽ có những qubit tốt nhất trong tất cả và sẽ có thể nhanh chóng bắt kịp các đối thủ. Chúng tôi có một qubit ổn định, ổn định hơn so với những người khác, 'tình yêu nói. Bạn có thể xây một ngôi nhà bằng gạch hoặc hai lần, nhưng đó không phải là những gì chúng ta xây dựng các tòa nhà chọc trời. Qubit của chúng tôi giống như thép.

[ Tự nhiên ]

3 Comments

Other Ryan F. Mandelbaum's posts

Sử dụng 'Máy tính' dựa trên DNA, các nhà khoa học có được căn bậc hai của 900 Sử dụng 'Máy tính' dựa trên DNA, các nhà khoa học có được căn bậc hai của 900

Sử dụng một hệ thống giống như máy tính được tạo ra từ DNA được thiết kế, các nhà khoa học đã tính được căn bậc hai của 900. Các nhà sinh học đã đ...

Bằng chứng toán học 'đáng chú ý' mô tả cách giải quyết vấn đề tính toán dường như không thể Bằng chứng toán học 'đáng chú ý' mô tả cách giải quyết vấn đề tính toán dường như không thể

Bạn vào một cái hang. Ở cuối hành lang tối, bạn bắt gặp một cặp buồng kín. Bên trong mỗi buồng là một phù thủy toàn năng. Lời tiên tri nói rằng v...

Các nhà khoa học đã chế tạo một robot từ 40 lông chim bồ câu và nó bay đẹp Các nhà khoa học đã chế tạo một robot từ 40 lông chim bồ câu và nó bay đẹp

Các nhà khoa học tìm cách hiểu cơ học của chuyến bay chim đã được xây dựng PigeonBot, một robot được làm từ 40 lông chim bồ câu (và một vài thành ...

Hubble đã phát hiện các khối Rogue của Dark Matter chưa? Hubble đã phát hiện các khối Rogue của Dark Matter chưa?

Các nhà khoa học sử dụng Kính thiên văn vũ trụ Hubble đã phát hiện ra bằng chứng về những khối vật chất tối nhỏ làm cong vênh ánh sáng từ các quasar ...

Suggested posts

Có lẽ bạn nên bỏ qua việc mua Xbox hoặc PlayStation mới trong năm nay Có lẽ bạn nên bỏ qua việc mua Xbox hoặc PlayStation mới trong năm nay

Bây giờ cả hai Sony và Microsoft đã phát hành thông số kỹ thuật chính thức của bảng điều khiển sắp tới của họ, có rất nhiều điều để phấn khích về k...

Các nghiên cứu nghi ngờ về các thiên hà hình elip là cái nôi của cuộc sống thông minh Các nghiên cứu nghi ngờ về các thiên hà hình elip là cái nôi của cuộc sống thông minh

Chúng ta sống trong một thiên hà xoắn ốc, nhưng một trường phái tư tưởng cho thấy các thiên hà hình elip hình bầu dục rất có khả năng lưu trữ các nền...

Khoa học mới nhất về coronavirus: Giảm tỷ lệ tử vong thực sự Khoa học mới nhất về coronavirus: Giảm tỷ lệ tử vong thực sự

Mỗi ngày mang đến những hiểu biết khoa học mới về covid-19 và coronavirus gây ra nó. Dưới đây là một số nghiên cứu và phát triển mới nhất, bao gồm ng...

Kính viễn vọng trên toàn thế giới Đón đài phát thanh bí ẩn đến từ thiên hà của chúng ta Kính viễn vọng trên toàn thế giới Đón đài phát thanh bí ẩn đến từ thiên hà của chúng ta

Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một đợt sóng vô tuyến cực kỳ phát ra từ bên trong thiên hà của chúng ta. Quan sát đáng ngạc nhiên có thể giúp c...

Elon Musk cố gắng ngăn chặn câu hỏi Covid-19 của phóng viên trong cuộc gọi của NASA, nói 'Tiến lên' Elon Musk cố gắng ngăn chặn câu hỏi Covid-19 của phóng viên trong cuộc gọi của NASA, nói 'Tiến lên'

Giám đốc điều hành của SpaceX, Elon Musk, đã cố gắng làm chệch hướng câu hỏi của phóng viên trong cuộc họp báo của NASA ngày hôm qua, nói rằng di chu...

NASA sẽ chọn một trong ba khái niệm tàu ​​đổ bộ phi hành gia cho sứ mệnh mặt trăng năm 2024 NASA sẽ chọn một trong ba khái niệm tàu ​​đổ bộ phi hành gia cho sứ mệnh mặt trăng năm 2024

Khi NASA chuẩn bị đưa con người trở lại Mặt trăng vào năm 2024, cơ quan vũ trụ đã quyết định đi theo con đường riêng, chọn ba công ty Mỹ để phát triể...

Các nhà khí tượng học mô tả 'Mưa đá khổng lồ' từ cơn bão lịch sử ở Argentina Các nhà khí tượng học mô tả 'Mưa đá khổng lồ' từ cơn bão lịch sử ở Argentina

Hai năm trước, một cơn bão dữ dội ở Argentina đã tạo ra những trận mưa đá rộng tới 9 inch, khiến các nhà khí tượng học đề xuất một thuật ngữ hoàn toà...

Không có bằng chứng về tái nhiễm coronavirus, các quan chức Hàn Quốc cho biết Không có bằng chứng về tái nhiễm coronavirus, các quan chức Hàn Quốc cho biết

Một số bệnh nhân covid-19 đã hồi phục, một lần nữa xét nghiệm dương tính với coronavirus có khả năng không bị tái nhiễm. Hôm thứ Năm, các quan chức H...

Ba bộ xương châu Phi được tìm thấy ở Mexico cho thấy sự khủng khiếp của chế độ nô lệ sớm ở thế giới mới Ba bộ xương châu Phi được tìm thấy ở Mexico cho thấy sự khủng khiếp của chế độ nô lệ sớm ở thế giới mới

Ba bộ xương thuộc về các cá nhân châu Phi đã được phát hiện tại một ngôi mộ tập thể ở Mexico City. Họ đại diện cho một số người dân châu Phi đầu tiên...

Các nhà khoa học không từ bỏ Warp Drive Các nhà khoa học không từ bỏ Warp Drive

Đối với hầu hết chúng ta, du hành nhanh hơn tốc độ vũ trụ giới hạn tốc độ ánh sáng, tốc độ ánh sáng là một tưởng tượng khoa học viễn tưởng phá vỡ nền ...

Language