Pioneer Experiment transformă cel mai mare computer cuantic IBM în material cuantic

Oamenii de știință de la Universitatea din Chicago au programat un computer cuantic IBM pentru a produce un tip de material numit condensat. Credit: IBM

Experimentarea de pionierat poate ajuta la crearea de materiale eficiente din punct de vedere energetic.

Într-un studiu inovator publicat în Solicitați o revizuire fizică, un grup de Universitatea din Chicago oamenii de știință au anunțat că au reușit să transforme cel mai mare computer cuantic IBM într-un material cuantic în sine.

Au programat computerul în așa fel încât să-l transforme într-un fel de material cuantic numit condensat de excitare, care s-a dovedit abia recent că există. Astfel de condensate au fost identificate pentru potențialul lor în tehnologia viitoare, deoarece pot transmite energie cu pierderi aproape zero.

„Motivul pentru care acest lucru este atât de interesant este că arată că puteți folosi computerele cuantice ca experimente programabile”, a spus co-autorul David Mazziotti, profesor la Departamentul de Chimie, la Institutul James Franck și la Chicago Quantum Exchange și expert în structură electronică moleculară. “Acest lucru ar putea servi drept atelier pentru construirea de materiale cuantice potențial utile.”

De câțiva ani, Mazziotti urmărește cum oamenii de știință din întreaga lume explorează un tip de afecțiune din fizică numit excitații de condens. Fizicienii sunt foarte interesați de aceste tipuri de noi stări ale fizicii, în parte deoarece descoperirile din trecut au modelat dezvoltarea unei tehnologii importante; de exemplu, o astfel de afecțiune numită supraconductoare formează baza mașinilor RMN.

Deși condensatele excitate au fost prezise acum o jumătate de secol, până de curând, nimeni nu reușise să facă o treabă în laborator fără a fi nevoie să folosească câmpuri magnetice extrem de puternice. Dar îi intrigă pe oamenii de știință pentru că pot transporta energie fără nici o pierdere – ceva ce niciun alt material despre care știm nu poate face. Dacă fizicienii le-ar fi înțeles mai bine, este posibil ca acestea să poată forma în cele din urmă baza materialelor cu o eficiență energetică ridicată.

“Acest lucru ar putea servi drept atelier pentru construirea de materiale cuantice potențial utile.”

Prof. David Mazziotti

Pentru a excita condensul, oamenii de știință iau un material format dintr-o rețea de particule, răcindu-l sub -270 de grade Fahrenheit, și unesc-o pentru a forma perechi de particule numite excitoni. Apoi fac ca cuplurile să se încurce – un fenomen cuantic în care destinele particulelor sunt legate între ele. Dar toate acestea sunt atât de complicate încât oamenii de știință au reușit să creeze excitații de condens doar de câteva ori.

“Un condensat excitat este una dintre stările mecanice cuantice pe care le puteți pregăti”, a spus Mazziotti. Aceasta înseamnă că este departe, departe de proprietățile clasice de zi cu zi ale fizicii cu care oamenii de știință sunt obișnuiți să se ocupe.

Introduceți computerul cuantic. IBM își pune computerele cuantice la dispoziția oamenilor din întreaga lume pentru a-și testa algoritmii; compania a fost de acord să „împrumute” cea mai mare, numită Rochester, de la UChicago pentru un experiment.

Studenții absolvenți LeeAnn Sager și Scott Smart au scris o serie de algoritmi care au tratat fiecare dintre biții cuantici ai lui Rochester ca pe un entuziasm. Un computer cuantic funcționează încurcându-și piesele, așa că odată ce computerul a fost activ, totul a devenit condensat condensat.

„A fost un rezultat cu adevărat interesant, parțial pentru că am constatat că, din cauza zgomotului computerelor cuantice actuale, condensul nu apare ca un singur condens mare, ci o colecție de condensate mai mici”, a spus Sager. „Nu cred că oricare dintre noi ar fi prezis-o”.

Mazziotti a declarat că studiul arată că computerele cuantice ar putea fi o platformă utilă pentru studierea condensului excitat în sine.

„Abilitatea de a programa un computer cuantic care să acționeze ca un condensat excitat poate fi foarte util pentru a inspira sau a realiza potențialul condensatelor excitate, ca materiale eficiente din punct de vedere energetic”, a spus el.

Dincolo de asta, doar posibilitatea de a programa o stare mecanică cuantică atât de complexă într-un computer marchează o descoperire științifică semnificativă.

Deoarece calculatoarele cuantice sunt atât de noi, cercetătorii încă învață măsura în care putem face cu ele. Dar un lucru pe care îl știm de multă vreme este că există unele fenomene naturale care sunt practic imposibil de modelat pe un computer clasic.

„Într-un computer clasic, trebuie să programați în acest element de șansă care este atât de important în mecanica cuantică; dar un computer cuantic are acea coincidență matură în sine ”, a spus Sager. „Multe sisteme funcționează pe hârtie, dar nu s-a demonstrat niciodată că funcționează în practică. Așadar, posibilitatea de a arăta că putem face cu adevărat acest lucru – putem programa cu succes stări extrem de interconectate pe un computer cuantic – este unic și interesant. “

Referință: „Pregătirea unui exciton condensat de fotoni într-un computer cuantic cu cupolă 53” de LeeAnn M. Sager, Scott E. Smart și David A. Mazziotti, 9 noiembrie 2020, Solicitați o revizuire fizică.
DOI: 10.1103 / PhysRevResearch.2.043205

Finanțare: Departamentul Energiei din SUA Biroul de Științe Energetice de Bază, Fundația Națională pentru Științe, Biroul de Cercetare al Armatei SUA

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Nanofibrele centrifugale multifuncționale pun un nou efect asupra măștilor COVID-19

Figura (A) Ilustrația schematică a procesului de producție a nanofibrelor polimerului centrifug polimer multispinning. (B) Nanofibrele polimerice sunt rotite de sistem. O...

Arheologii găsesc dovezi din monumentele de câini domestici din Peninsula Arabică Antică

Situat în regiunea tărâmurilor Alula, în nord-vestul Arabiei Saudite, acest cimitir este acum rar construit pe pământ pentru Arabia Neolitică-Calcolitică și este un ajutor...

Pe măsură ce straturile de gheață s-au topit, nivelul mării a crescut până la 18 metri

Se știe că creșterea nivelului mării datorită schimbărilor climatice este o amenințare majoră. Noile cercetări au arătat că evenimentele anterioare de pierdere a...

Oamenii de știință identifică genele umane care luptă împotriva infecției cu SARS-CoV-2

Vedere microscopică a coronavirusului. Credit: Yeti punctat Cercetările indică controlul genelor care stimulează interferonul SARS-CoV-2 Copie Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebis au...

Noua tehnică „Mașina timpului” dezvăluită pentru măsurarea celulei

Celulele dendritice (roșii / verzi co-colorate) într-un folicul limfoid (fragment de peyer) drenează intestinul (albastru). Credit: Wang Cao și Shengbo Zhang, WEHI Utilizând o...

Newsletter

Subscribe to stay updated.