В Барселонском научно-исследовательском институте фотоники ICFO испанские ученые создали уникальный аналоговый квантовый процессор под названием QUIONE, способный наблюдать за отдельными атомами. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале PRX Quantum.
QUIONE — это первый в мире квантово-газовый микроскоп, позволяющий получать изображения отдельных атомов квантового газа стронция. Для этого газ из атомов стронция был приведен в квантовое состояние и помещен в оптическую решетку, где атомы могли взаимодействовать посредством столкновений. Затем были применены методы визуализации одиночных атомов.
Сначала атомы газа охладили почти до абсолютного нуля с помощью лазерных лучей, что привело их в неподвижное состояние. В результате охлаждения поведение атомов стало подчиняться законам квантовой механики, и они обрели свойства квантовой суперпозиции и запутанности. В оптической решетке атомы иногда подвергались квантовому туннелированию, перемещаясь с одного места на другое, что имитирует динамику электронов в некоторых материалах.
Исследование подтвердило, что газ стронция представляет собой сверхтекучую квантовую фазу материи, способную течь без вязкости. Авторы надеются, что полученные результаты позволят моделировать более сложные и экзотические материалы, а также изучать новые фазы материи.
До сих пор существующие квантовые микроскопы могли получать изображения только атомов щелочных металлов, таких как литий и калий, обладающих более простыми оптическими спектрами по сравнению со стронцием — щелочноземельным металлом. Облако атомов стронция можно использовать как атомный квантовый процессор для решения задач, недоступных современным классическим компьютерам.
Квантовый процессор — это устройство, использующее принципы квантовой механики для выполнения вычислительных операций. В отличие от классических компьютеров, основанных на двоичной логике и передаче данных в виде последовательности битов (0 и 1), квантовые процессоры работают с квантовыми битами или кубитами.
Основные особенности квантовых процессоров:
1. Кубиты: Квантовые биты (кубиты) могут находиться не только в состоянии 0 или 1, но и в их суперпозиции, что увеличивает вычислительную мощность. Благодаря квантовой запутанности кубиты связаны друг с другом.
2. Параллельные вычисления: Благодаря принципу суперпозиции квантовые процессоры способны одновременно обрабатывать огромное количество состояний, выполняя параллельные вычисления.
3. Квантовые алгоритмы: Разработаны специальные квантовые алгоритмы, которые могут значительно ускорять решение некоторых задач по сравнению с классическими компьютерами. Например, алгоритм Шора для факторизации больших чисел.
4. Квантовая коррекция ошибок: Для стабильной работы требуются методы защиты кубитов от внешних возмущений, таких как шум или декогеренция.
5. Физическая реализация: Кубиты создаются с использованием различных физических систем, таких как сверхпроводящие цепи, ионные ловушки, фотоны и др.
Потенциальные применения квантовых процессоров включают криптографию, моделирование сложных молекул, оптимизацию и машинное обучение. Однако создание практически применимых универсальных квантовых компьютеров является сложной технической задачей, над которой работают ученые и крупные технологические компании.
Квантовые вычисления открывают совершенно новые вычислительные возможности и могут привести к революционному прогрессу в науке и технологиях, как только будут преодолены существующие технические сложности и ограничения.
