Det bedste fra begge verdener:Kombination af klassiske og kvantesystemer for at imødekomme supercomputing-krav

Kvantesammenfiltring er et af de mest fundamentale og spændende fænomener i naturen. Nyere forskning om sammenfiltring har vist sig at være en værdifuld ressource til kvantekommunikation og informationsbehandling. Nu, videnskabsmænd fra Japan har opdaget en stabil kvantesammenfiltret tilstand af to protoner på en siliciumoverflade, åbne døre til en organisk forening af klassiske og kvantecomputerplatforme og potentielt styrke fremtiden for kvanteteknologi.

Et af de mest interessante fænomener i kvantemekanikken er "kvantesammenfiltring". Dette fænomen beskriver, hvordan visse partikler er uløseligt forbundet, sådan at deres tilstande kun kan beskrives med reference til hinanden. Denne partikelinteraktion danner også grundlaget for kvanteberegning. Og det er derfor, i de seneste år, fysikere har ledt efter teknikker til at generere sammenfiltring. Imidlertid, disse teknikker står over for en række tekniske forhindringer, herunder begrænsninger i at skabe et stort antal "qubits" (kvantebits, den grundlæggende enhed af kvanteinformation), behovet for at opretholde ekstremt lave temperaturer ( <1 K), og brugen af ​​ultrarene materialer. Overflader eller grænseflader er afgørende for dannelsen af ​​kvantesammenfiltring. Desværre, elektroner begrænset til overflader er tilbøjelige til "dekohærens, "en tilstand, hvor der ikke er et defineret faseforhold mellem de to adskilte tilstande. Således, at opnå stabil, sammenhængende qubits, spin-tilstande af overfladeatomer (eller tilsvarende, protoner) skal bestemmes.

For nylig, et hold af videnskabsmænd i Japan, herunder prof. Takahiro Matsumoto fra Nagoya City University, Prof. Hidehiko Sugimoto fra Chuo University, Dr. Takashi Ohhara fra Japan Atomic Energy Agency, og Dr. Susumu Ikeda fra High Energy Accelerator Research Organization, anerkendte behovet for stabile qubits. Ved at se på overfladens spintilstande, forskerne opdagede et sammenfiltret par protoner på overfladen af ​​en siliciumnanokrystal.

Prof. Matsumoto, den ledende videnskabsmand, skitserer betydningen af ​​deres undersøgelse:"Protonsammenfiltring er tidligere blevet observeret i molekylært brint og spiller en vigtig rolle i en række videnskabelige discipliner. den sammenfiltrede tilstand blev kun fundet i gas- eller væskefaser. Nu, vi har opdaget kvantesammenfiltring på en fast overflade, som kan lægge grunden til fremtidige kvanteteknologier." Deres banebrydende undersøgelse blev offentliggjort i et nyligt nummer af Fysisk gennemgang B .

Forskerne studerede spin-tilstandene ved at bruge en teknik kendt som "uelastisk neutronspredningsspektroskopi" for at bestemme arten af ​​overfladevibrationer. Ved at modellere disse overfladeatomer som "harmoniske oscillatorer, " de viste anti-symmetri af protoner. Da protonerne var identiske (eller ikke skelnes), oscillatormodellen begrænsede deres mulige spin-tilstande, resulterer i stærk sammenfiltring. Sammenlignet med protonsammenfiltringen i molekylært brint, sammenfiltringen rummede en enorm energiforskel mellem dens stater, sikrer dens levetid og stabilitet. Derudover videnskabsmændene demonstrerede teoretisk en kaskadeovergang af terahertz sammenfiltrede fotonpar ved hjælp af protonsammenfiltringen.

Sammenløbet af proton-qubits med moderne siliciumteknologi kan resultere i en organisk forening af klassiske og kvantecomputerplatforme, muliggør et meget større antal qubits (10 ⁶ ) end tilgængelig i øjeblikket (10 ² ), og ultrahurtig behandling til nye supercomputing-applikationer. "Kvantecomputere kan håndtere indviklede problemer, såsom heltalsfaktorisering og problemet med "rejsende sælger", ' som er praktisk talt umulige at løse med traditionelle supercomputere. Dette kunne være en game-changer inden for kvantecomputere med hensyn til lagring, forarbejdning, og overførsel af data, potentielt endda føre til et paradigmeskifte inden for lægemidler, datasikkerhed, og mange andre områder, " konkluderer en optimistisk prof. Matsumoto.

Vi kan være på nippet til at være vidne til en teknologisk revolution inden for kvantecomputere.