LOADING ...

Nguồn gốc không chắc chắn của máy tính lượng tử đầu tiên

Ryan F. Mandelbaum Jan 03, 2019. 0 comments
Đầu tiên Tuần này, chúng tôi sẽ xem xét những điều đầu tiên, những điều đầu tiên và Tập thể dục để biết những điều tốt hơn hoặc tồi tệ hơn là số 1.   

Trong vài ngày của nhau vào năm 1998, hai đội đã công bố kết quả của các tính toán lượng tử trong thế giới thực đầu tiên. Nhưng các máy tính lượng tử đầu tiên không phải là máy tính. Chúng là các thiết bị hóa sinh, dựa trên cùng một khoa học như máy MRI.

Bạn có thể nghĩ về điện toán lượng tử như một cuộc đua cường điệu giữa các công ty máy tính để xây dựng một thiết bị xử lý mạnh mẽ sẽ tạo ra AI giống như thật hơn, cách mạng hóa y học và phá vỡ mã hóa bảo vệ dữ liệu của chúng ta. Và thực sự, các máy tính lượng tử nguyên mẫu vào cuối những năm 1990 đã gián tiếp dẫn đến các máy tính lượng tử được chế tạo bởi Google và IBM. Nhưng đó không phải là cách tất cả bắt đầu, nó bắt đầu với các nhà vật lý mày mò tìm hiểu các thiết bị toán học và hóa sinh vì sự tò mò.

Nói với tôi, điều đó không được thúc đẩy bằng cách tạo ra những máy tính tốt hơn, ông Neil Neil Gershenfeld, giám đốc Trung tâm Bits and Atoms của MIT và là thành viên của một trong hai đội lần đầu tiên nhận ra thuật toán lượng tử, nói với tôi.   Đó là sự hiểu biết liệu vũ trụ có tính toán được không, và vũ trụ tính toán như thế nào.

Máy tính chỉ là hệ thống bắt đầu bằng một đầu vào trừu tượng và áp dụng một loạt các hướng dẫn cho nó để nhận đầu ra. Các máy tính ngày nay dịch các đầu vào, hướng dẫn và đầu ra thành các công tắc, được gọi là các bit, bằng 0 hoặc một và có giá trị điều khiển các công tắc khác. Các nhà khoa học từ lâu đã sử dụng máy tính để mô phỏng các định luật vật lý, hy vọng hiểu rõ hơn về cách thức vũ trụ hoạt động, ví dụ, bạn có thể mô phỏng quả bóng sẽ đi được bao xa dựa trên nơi nó bắt đầu và tốc độ ném của nó.

Nhưng sử dụng các bit để mô phỏng vật lý không có ý nghĩa nhiều đối với nhà vật lý lừng danh Richard Feynman, vì các định luật vật lý ở quy mô nhỏ nhất bắt nguồn từ một bộ quy tắc gọi là cơ học lượng tử. Tự nhiên không phải là cổ điển, chết tiệt, và nếu bạn muốn tạo ra một mô phỏng của tự nhiên, tốt hơn là bạn nên biến nó thành cơ học lượng tử, từ trước đến nay, F Fnnman nói một cách nổi tiếng tại một hội nghị năm 1981.

Một nhóm nhỏ các nhà khoa học đưa ra giả thuyết về việc sử dụng các quy tắc này để tạo ra các mô phỏng tốt hơn trong thập kỷ tiếp theo. Thay vì các công tắc, các bit mô phỏng lượng tử của chúng là các sóng hạt kép của cơ học lượng tử. Mỗi bit lượng tử riêng lẻ vẫn sẽ bị giới hạn ở hai lựa chọn, nhưng khi có sóng, chúng có thể đồng thời đảm nhận một trong hai trạng thái này với các cường độ khác nhau, tương tác với nhau như sóng đại dương hoặc khuếch đại cường độ của các lựa chọn nhất định hoặc hủy kết hợp . Nhưng một khi bạn đo các bit lượng tử này, mỗi bit sẽ lập tức chuyển sang một trạng thái duy nhất. Những điểm mạnh, hoặc biên độ, chuyển thành xác suất kết thúc với mỗi kết quả.

Từ đầu những năm 1990, người dân ở Haiti đã nghĩ rằng điện toán lượng tử về cơ bản là điên rồ, và nhiều người đã cho rằng nó không bao giờ có thể hoạt động được, Jonathan Jonathan Jones, giáo sư vật lý tại Đại học Oxford, một trong những người đầu tiên chạy thuật toán lượng tử trên một máy tính lượng tử thực sự, nói với tôi. Chủ yếu, mọi người nghĩ rằng đó chỉ là một sự tò mò được tạo ra bởi các nhà vật lý lý thuyết, những người tự hỏi liệu họ có thể hiểu chính vũ trụ bằng ngôn ngữ của máy tính hay không. Dường như sự tinh vi của cơ học lượng tử, thực tế là bất kỳ sự chen lấn nhẹ nào cũng có thể nhanh chóng đưa các qubit mỏng manh vào các hạt trạng thái đơn lẻ sẽ khiến chúng không thể nhận ra.

Hai cột mốc đã phá vỡ những ý tưởng. Nhà vật lý Peter Shor đã tiết lộ một thuật toán vào năm 1994 cho thấy rằng một máy tính dựa trên qubit có thể tạo ra số lượng lớn gần nhanh hơn theo cấp số nhân so với các thuật toán dựa trên bit tốt nhất. Nếu các nhà khoa học có thể phát minh ra một máy tính lượng tử đủ tiến bộ để chạy thuật toán, thì nó có thể phá vỡ các hệ thống mã hóa phổ biến hiện đại dựa trên thực tế là các máy tính cổ điển dễ dàng nhân hai số nguyên tố lớn với nhau nhưng rất, rất khó để tạo ra kết quả trở lại thành số nguyên tố. Bước ngoặt thứ hai đến vào giữa những năm 90 khi các nhà vật lý bắt đầu phát triển sửa lỗi lỗi Ý tưởng truyền bá giá trị thông tin của một qubit qua một loạt các qubit tương quan để giảm bớt các lỗi.

Nhưng ngay cả sau đó, lĩnh vực này rất nhỏ và các nhà vật lý chúng tôi đã nói chuyện để thảo luận về các hội nghị mà hầu hết các nhà khoa học máy tính lượng tử trên thế giới có thể nằm chung trong một căn phòng. Những người đi trước máy tính lượng tử như Charlie Bennett, Isaac Chuang, Seth Lloyd và David DiVincenzo đã đưa ra rất nhiều ý tưởng mới được đưa vào cộng đồng một cách nhanh chóng. Gần như đồng thời, một số nhóm độc lập nhận ra rằng ngành y tế và hóa sinh từ lâu đã sử dụng máy tính lượng tử trong nghiên cứu Cộng hưởng từ hạt nhân, hay máy quang phổ NMR.

NMR, công nghệ đằng sau MRI, phổ biến nhất bao gồm một phân tử lợi ích hòa tan trong dung môi lỏng, được đặt trong một từ trường mạnh. Hạt nhân của các nguyên tử trong các phân tử này có một tính chất cơ học lượng tử bẩm sinh gọi là spin spin, cơ bản là đơn vị thông tin từ tính nhỏ nhất và có thể ở một trong hai trạng thái, có thể là một trong hai trạng thái thẳng hàng với nhau. hướng của trường.

Trong y học và hóa sinh, các nhà khoa học sẽ đánh vào các phân tử bằng từ trường dao động nhỏ hơn, gọi là xung tần số vô tuyến, khiến các nguyên tử giải phóng các tín hiệu đặc trưng cung cấp thông tin vật lý về phân tử. Thay vào đó, hình ảnh cộng hưởng từ hoặc máy MRI sử dụng tín hiệu này để tạo ra hình ảnh. Nhưng các nhà vật lý nhận ra rằng họ có thể coi một số phân tử trong từ trường này là máy tính lượng tử, trong đó hạt nhân đóng vai trò là qubit, trạng thái spin là giá trị qubit và xung tần số vô tuyến đều các hướng dẫn và bộ điều khiển. Đây là những hoạt động của máy tính lượng tử, còn được gọi là cổng logic như trong máy tính cổ điển.

Theo một nghĩa nào đó, NMR đã thực sự đi trước các lĩnh vực khác trong nhiều thập kỷ, theo ông Jones, một nhà hóa sinh đã hợp tác với nhà vật lý Michele Mosca để thực hiện một trong những tính toán lượng tử đầu tiên. Họ đã thực hiện các cổng logic vào những năm 70. Họ chỉ không biết những gì họ đang làm và không gọi đó là cổng logic.

Các nhà vật lý bao gồm Chuang, Gershenfeld và David Cory đã phát hành các bài báo chi tiết cách nhận ra các thiết bị này vào năm 1997. Một năm sau, hai đội, một với Jones và Mosca và một nhóm khác với Chuang và Mark Kubinic, thực sự đã thực hiện các thuật toán lượng tử. Trước đây bao gồm các phân tử cytosine trong đó hai nguyên tử hydro đã được thay thế bằng các nguyên tử deuterium hydro hydro bằng một neutron. Sau này sử dụng các phân tử chloroform. Họ đã chuẩn bị các qubit thành các trạng thái ban đầu, thực hiện tính toán bằng cách áp dụng xung tần số vô tuyến được chế tạo đặc biệt và đo các trạng thái cuối cùng.

Chúng ta thường không nghe về máy tính lượng tử NMR ngày nay, bởi vì ngay cả khi đó, các nhà vật lý cũng biết rằng kỹ thuật này có giới hạn của nó, một điều mà tất cả các nhà vật lý mà tôi đã nói đến đã đề cập. Nhiều qubit hơn có nghĩa là các phân tử được chế tạo đặc biệt hơn. Các kỹ thuật dựa trên các cách giải quyết đặc biệt sao cho mỗi qubit bổ sung sẽ khiến cho việc thu tín hiệu ra khỏi nhiễu nền trở nên khó khăn hơn.   Không ai nghĩ rằng nó sẽ không bao giờ được sử dụng cho nhiều hơn một cuộc biểu tình, Mitch Jones nói. Chúng không thể mở rộng ra ngoài một vài qubit.

Tuy nhiên, chúng là những thí nghiệm quan trọng mà các nhà vật lý vẫn nói đến ngày nay. Máy NMR vẫn rất quan trọng đối với hóa sinh và vẫn có chỗ đứng trong công nghệ lượng tử. Nhưng công việc ban đầu này đã để lại một tác động quan trọng, gián tiếp trên lĩnh vực này. Khoa học đằng sau những xung tần số vô tuyến đó đã tồn tại trong các máy tính lượng tử mà Google, IBM và các công ty khác đã chế tạo để kiểm soát qubit của họ. Các máy tính lượng tử chạy thuật toán của Shor vẫn còn cách đây hàng thập kỷ, nhưng các công ty đã bắt đầu tiết lộ các thiết bị thực với hàng tá qubit có thể thực hiện các phép tính lượng tử thô sơ và rõ ràng.

Charlie Bennet, đồng nghiệp và cựu chiến binh máy tính lượng tử của IBM, giải thích rằng những thí nghiệm này không phải là những khám phá to lớn của riêng họ, và thực sự cộng đồng NMR đã thúc đẩy các xung khoa học và tần số vô tuyến của riêng họ trước khi máy tính lượng tử xuất hiện. Các nhà vật lý mà tôi đã nói chuyện đã giải thích rằng không có ai là người chiến thắng và không có cuộc đua nào của người Hồi giáo vào cuối những năm 1990. Thay vào đó, nó là một điểm chuyển tiếp dọc theo con đường tiến bộ, một thời điểm trong đó các nhóm các nhà khoa học nhận ra rằng con người có công nghệ để kiểm soát các trạng thái lượng tử và sử dụng chúng để tính toán.

Khoa học luôn luôn như vậy. Toàn bộ bằng chứng là quan trọng hơn hầu hết bất kỳ một bài báo nào, ông Bennett nói. Có những khám phá quan trọng, nhưng những điều này hiếm khi xảy ra trong các bài báo.

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 ...

Một nghiên cứu mới tuyên bố từ chối năng lượng tối, nhưng các nhà vũ trụ học không bị thuyết phục Một nghiên cứu mới tuyên bố từ chối năng lượng tối, nhưng các nhà vũ trụ học không bị thuyết phục

Sẽ thực sự, thực sự thú vị nếu một quan sát duy nhất có thể đảo ngược hoàn toàn sự hiểu biết hiện tại của các nhà vật lý thiên văn về vũ trụ. Nhưng...

Suggested posts

Pharma Giant Gilead rút lại yêu cầu FDA mở rộng tình trạng độc quyền về thuốc thử nghiệm Covid-19 Pharma Giant Gilead rút lại yêu cầu FDA mở rộng tình trạng độc quyền về thuốc thử nghiệm Covid-19

Công ty dược phẩm khổng lồ Gilead vào thứ Tư đã rút lại nỗ lực của mình để ghi bàn quyền độc quyền mở rộng và giảm thuế trên Remdesivir thuốc ...

Twitter xóa bài đăng của Chương trình kêu gọi liên bang về chương trình lây nhiễm coronavirus Twitter xóa bài đăng của Chương trình kêu gọi liên bang về chương trình lây nhiễm coronavirus

Twitter đã xóa một tweet khỏi trang web cánh hữu Liên bang sau khi nó chia sẻ một bài viết của một bác sĩ da liễu không có giấy phép kêu gọi công ch...

Thử nghiệm nhỏ không tìm thấy bằng chứng nào cho thấy Hydroxychloroquine hoạt động chống lại Covid-19 Thử nghiệm nhỏ không tìm thấy bằng chứng nào cho thấy Hydroxychloroquine hoạt động chống lại Covid-19

Một thử nghiệm nhỏ từ Trung Quốc có thể đã đặt ra câu hỏi liệu một phương pháp điều trị được mời chào như một cách để cứu những người mắc bệnh cov...

Sự thật của coronavirus có thể tồi tệ hơn các lý thuyết âm mưu Sự thật của coronavirus có thể tồi tệ hơn các lý thuyết âm mưu

Đại dịch covid-19 là một cuộc khủng hoảng mất phương hướng, di chuyển nhanh, nguy hiểm, về cơ bản tất cả mọi người trên thế giới đều nắm giữ. Như t...

Thủy ngân cổ đại có những thứ phù hợp cho cuộc sống, những nghiên cứu mới đầy bất ngờ Thủy ngân cổ đại có những thứ phù hợp cho cuộc sống, những nghiên cứu mới đầy bất ngờ

Thủy ngân, hành tinh gần mặt trời nhất là một trong những nơi cuối cùng chúng ta nghĩ đến khi xem xét tiềm năng của cuộc sống trong hệ mặt trờ...

Thực phẩm in 3D với thiết kế phức tạp có thể lừa thực khách ăn ít hơn trong khi vẫn cảm thấy no Thực phẩm in 3D với thiết kế phức tạp có thể lừa thực khách ăn ít hơn trong khi vẫn cảm thấy no

Ứng dụng sát thủ dành cho máy in 3D có thể không liên quan gì đến việc nhanh chóng tạo ra các bộ phận phức tạp để tăng tốc độ sản xuất. Thực phẩm i...

Các nhà khoa học thực hiện đột phá hướng tới việc lập bản đồ tất cả các tế bào trong cơ thể con người Các nhà khoa học thực hiện đột phá hướng tới việc lập bản đồ tất cả các tế bào trong cơ thể con người

Các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đang làm việc để xây dựng một tập bản đồ của tất cả các tế bào khác nhau trong cơ thể con người. Một đội ở Tr...

Quả trứng này thực sự là một trong những máy bay không người lái mạnh nhất mà bạn có thể mua với giá dưới 1.200 đô la Quả trứng này thực sự là một trong những máy bay không người lái mạnh nhất mà bạn có thể mua với giá dưới 1.200 đô la

Bạn không có cơ hội để xem xét một máy bay không người lái hình quả trứng mỗi ngày. PowerVision PowerEgg X chính xác là như vậy: một quad quad mạnh...

Làm thế nào Covid-19 có thể khiến ai đó mất cảm giác về mùi? Làm thế nào Covid-19 có thể khiến ai đó mất cảm giác về mùi?

Đầu tháng 3, Isabella, 27 tuổi, cư dân California Rosa bắt đầu trải qua các triệu chứng mà cô ấy đã loại bỏ như một bệnh cúm thông thường chỉ vài ...

Người đàn ông chết, người vợ quan trọng từ chloroquine sau khi nghe Trump Tout điều trị Covid-19 chưa được chứng minh Người đàn ông chết, người vợ quan trọng từ chloroquine sau khi nghe Trump Tout điều trị Covid-19 chưa được chứng minh

Một người đàn ông ở Arizona đã chết và vợ anh ta đang trong tình trạng nguy kịch sau khi nghe Donald Trump quảng cáo thuốc chống sốt rét chloroq...

Language