Lyd over silicium:fremtidens computerbølge

Med tilsammen 1,8 millioner dollars fra W.M. Keck Foundation og University of Arizona, materialevidenskab og ingeniørprofessor Pierre Deymier udforsker at bygge en kvantecomputer, der bruger lyd i stedet for kvantepartikler til at behandle information.

Efterhånden som computerdele bliver mindre – milliarder af transistorer er nu pakket på siliciumchips på størrelse med en fingernegl – skrumper siliciums ydeevne også, og materialet kan overophedes.

Ingeniører er i et kapløb om at perfekte kvantecomputere, hvilken butik, transmittere og behandle information på fundamentalt anderledes måder end deres digitale fætre og har eksponentielt større computerkapacitet.

Pierre Deymier, en University of Arizona professor i materialevidenskab og teknik, har modtaget en $900, 000 tilskud fra W.M. Keck Foundation, matchet af UA, for i alt 1,8 millioner dollars til at bygge en type kvantecomputeranalog, der kan yde lige så godt som eksisterende kvantecomputere og overvinde problemer, der plager nuværende kvantecomputerprototyper.

Han er en pioner inden for fononik, hvor videnskabsmænd og ingeniører manipulerer fononer, kvasipartikler, der transmitterer lyd- og varmebølger på utraditionelle måder for at give nye former for energi.

Sammen med sine samarbejdspartnere på projektet, professor Pierre Lucas og forsker Keith Runge i UA Department of Materials Science and Engineering, Deymier vil bygge en prototype phonon-baseret computer.

"Phonon-baseret computing har magten til at ændre verden, som vi kender den, " sagde Deymier, afdelingens leder, "ikke kun for at lave mere kraftfulde computere, men for kunstig intelligens, kryptografi og analyse af big data. For eksempel, en fononisk computer kunne hurtigt kortlægge en persons hele genom for at udvikle mere målrettede medicinske terapier."

Kvantespring i regnekraft

I binær digital, eller almindelig, computer, information lagres på transistorer i "bits", der kan være i en af ​​to tilstande:1 eller 0, beslægtet med til eller fra.

I kvanteberegning, en kvante smule, eller qubit, kan være i begge stater på samme tid - en såkaldt "superposition" af stater. Flere qubits kan også "vikles ind" for at danne en helhed, der ikke kan adskilles i dens dele. At operere på informationen lagret i en qubit svarer til at operere på informationen lagret i alle de sammenfiltrede qubits.

Det er det, der giver kvanteberegning så meget større matematisk dygtighed og kan repræsentere fremtidens bølge inden for informationsbehandling.

Der findes få fungerende kvantecomputere i øjeblikket. Dem der gør, ligesom D-Wave, kan lave beregninger millioner af gange hurtigere end klassiske computere.

Men de har problemer, dels fordi qubits er ekstremt følsomme over for miljøforhold som varme. For at overvinde denne ulempe, forskere skal afkøle qubits til kryogene temperaturer. D-Wave optager et helt rum for at afkøle den til temperaturer, der nærmer sig det absolutte nulpunkt på Kelvin-skalaen.

Introduktion til Phi-Bit

Deymier mener, at fononer, i enheder har han navngivet "fase-bits" eller "phi-bits, " er svaret.

Han har vist, at information kan lagres som phi-bits i en superpositionstilstand, som qubits, og at flere phi-bits kan samles, så de ikke kan adskilles - analogt med qubit-entanglement. Og phi-bits er mindre følsomme end qubits over for eksterne forhold.

"Jeg kan lave phi-bits ved stuetemperatur i mit laboratorium, " han sagde.

Deymier har arbejdet med Tech Launch Arizona, UA's kommercialiseringsarm, at ansøge om flere patenter omkring en række phi-bit opfindelser, inklusiv selve kvantecomputeren. "Vi er glade for at arbejde sammen med Pierre Deymier om flere patentansøgninger, efterhånden som den Keck Foundation-finansierede forskning skrider frem, " sagde Bob Sleeper, TLA-licenschef for College of Engineering.

Potentialet for phi-bits til at transformere computerkapacitet og administrere big data synes ubegrænset, sagde Deymier.

"Lad os antage, at du har en million phi-bits, hvor hver enkelt har både et 0 og et 1 i konventionelle computerbits. Det betyder, at mængden af ​​information, du kan behandle, er 2 i styrke af 1 million - hvilket kan være mere end antallet af atomer i universet!"

Han tilføjede, "Jeg tror på, at kvantecomputere med fononik vil være mulige, muligvis inden for de næste 10 år."