Quantum Computing
Προσομοιωτές Κβαντικής Υπολογιστικής και Υλικά Υψηλής
Η τεχνική του MIT για συνθετικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία σε κβαντικούς επεξεργαστές ανοίγει νέους δρόμους στην έρευνα υλικών υψηλής απόδοσης.
Οι κβαντικοί υπολογιστές υπόσχονται να αναπαραστήσουν σύνθετα υλικά, βοηθώντας τους ερευνητές να κατανοήσουν καλύτερα τις φυσικές ιδιότητες που προκύπτουν από την αλληλεπίδραση ατόμων και ηλεκτρονίων. Αυτό μπορεί να οδηγήσει στην ανακάλυψη ή σχεδίαση καλύτερων ημιαγωγών, μονωτών ή υπεραγωγών που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή ταχύτερων και πιο αποδοτικών ηλεκτρονικών συσκευών. Ωστόσο, ορισμένα φαινόμενα σε υλικά είναι δύσκολο να προσομοιωθούν με κβαντικούς υπολογιστές, αφήνοντας κενά στις προκλήσεις που έχουν αντιμετωπίσει οι επιστήμονες με το κβαντικό υλικό.
Νέα Τεχνική από το MIT
Για να καλύψουν ένα από αυτά τα κενά, οι ερευνητές του MIT ανέπτυξαν μια τεχνική για τη δημιουργία συνθετικών ηλεκτρομαγνητικών πεδίων σε υπεραγώγιμους κβαντικούς επεξεργαστές. Η ομάδα επέδειξε την τεχνική αυτή σε έναν επεξεργαστή που αποτελείται από 16 qubits. Μέσω δυναμικού ελέγχου του τρόπου με τον οποίο τα qubits συνδέονται μεταξύ τους, οι ερευνητές κατάφεραν να προσομοιώσουν την κίνηση των ηλεκτρονίων ανάμεσα σε άτομα παρουσία ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Το συνθετικό αυτό πεδίο είναι ευρέως ρυθμιζόμενο, επιτρέποντας στους επιστήμονες να εξερευνήσουν μια ποικιλία ιδιοτήτων υλικών.
Η Σημασία της Προσομοίωσης Ηλεκτρομαγνητικών Πεδίων
Η προσομοίωση ηλεκτρομαγνητικών πεδίων είναι κρίσιμη για την πλήρη εξερεύνηση των ιδιοτήτων των υλικών. Στο μέλλον, αυτή η τεχνική θα μπορούσε να φωτίσει σημαντικά χαρακτηριστικά των ηλεκτρονικών συστημάτων, όπως η αγωγιμότητα, η πόλωση και η μαγνήτιση. Ο Ilan Rosen, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο MIT, αναφέρει ότι οι κβαντικοί υπολογιστές είναι ισχυρά εργαλεία για τη μελέτη της φυσικής των υλικών και άλλων κβαντικών μηχανικών συστημάτων.
Κβαντικοί Εξομοιωτές και Υλικά
Εταιρείες όπως η IBM και η Google προσπαθούν να κατασκευάσουν μεγάλους ψηφιακούς κβαντικούς υπολογιστές που υπόσχονται να ξεπεράσουν τους κλασικούς υπολογιστές εκτελώντας ορισμένους αλγόριθμους πολύ πιο γρήγορα. Ωστόσο, οι δυναμικές των qubits και των συνδέσεών τους μπορούν επίσης να κατασκευαστούν προσεκτικά για να μιμηθούν τη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων καθώς κινούνται ανάμεσα σε άτομα σε στερεά.
Προσαρμογή και Ρύθμιση του Επεξεργαστή
Οι ερευνητές ρύθμισαν το πώς τα γειτονικά qubits στον επεξεργαστή συνδέονται μεταξύ τους για να δημιουργήσουν την ίδια σύνθετη συμπεριφορά που προκαλούν τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία στα ηλεκτρόνια. Για να το επιτύχουν αυτό, άλλαξαν ελαφρώς την ενέργεια κάθε qubit εφαρμόζοντας διαφορετικά μικροκύματα. Μέσω ακριβούς ρύθμισης αυτών των ενεργειακών επιπέδων, επέτρεψαν στα φωτόνια να “πηδούν” μεταξύ των qubits με τον ίδιο σύνθετο τρόπο που τα ηλεκτρόνια “πηδούν” μεταξύ ατόμων σε ένα μαγνητικό πεδίο.
Αυτή η δουλειά υποστηρίζεται, εν μέρει, από διάφορους οργανισμούς των ΗΠΑ, όπως το Υπουργείο Ενέργειας και η NASA.
