211service.com
Pirmā kvantu tunelēšanas simulācija kvantu datorā
Kvantu dīvainību izmantošana skaitļošanā ir viens no lielākajiem mūsdienu fizikas mērķiem. Šis solījums ir dramatisks plašam skaitļu noteikšanas uzdevumu klāstam.
Taču kvantu datoriem ir vēl viena viltība, kas dažkārt tiek aizmirsta – iespēja simulēt citas kvantu sistēmas. Fiziķi jau ir parādījuši, kā dažāda veida kvantu datori var simulēt tādas parādības kā kvantu fāzes pārejas un sapīšanās dinamiku - lietas, ar kurām klasiskie datori vienkārši nevar tikt galā.
Tomēr ir viena kvantu parādība, kas nekad nav simulēta – tunelēšana. Tā ir kvantu daļiņu spēja šķērsot barjeru, nešķiet, ka tās būtu izgājušas cauri.
Principā nav iemesla, kāpēc kvantu datori nevarētu simulēt tunelēšanu. Problēma ir uzdevuma sarežģītība.
Visas līdz šim veiktās simulācijas ir ietvērušas tā sauktos analogos procesus, kas ir salīdzinoši vienkārši. Šeit doma ir tāda, ka vienas sistēmas matemātiskais apraksts, tās Hamiltona, ir precīzi reproducēts citā sistēmā.
Tātad vienas sistēmas skatīšanās precīzi parāda, kā uzvesties otra. To sauc par analogo kvantu daļiņu simulāciju, un tā darbojas labi, ja jūs varat atrast sistēmas, kas atbilst vajadzīgajā veidā. Kvantu fāzu pāreju vērošana ir labs piemērs, jo daudzām sistēmām ir vienāds matemātiskais apraksts.
Sarežģītākām problēmām fiziķi pēdējā laikā ir domājuši par citu pieeju. Ideja šeit ir sadalīt matemātisko sistēmu dažādās daļās un simulēt tās atsevišķi. To sauc par digitālo kvantu daļiņu simulāciju, un tai ir milzīgs potenciāls notikumiem, kas ietver vairāk nekā vienu objektu, piemēram, kvantu ķīmiju un tunelēšanu.
Problēma ir šo aprēķinu milzīgā sarežģītība, jo tiem ir nepieciešami daudzi kvantu loģikas vārti, kas apstrādā desmitiem kubitu. Tas vienmēr ir pārsniedzis kvantu skaitļošanas jaunākās iespējas.
Taču šī gada sākumā Endrjū Sornborgers no Džordžijas Universitātes Atēnās parādīja, kā notiek atsevišķas daļiņas tunelēšana caur barjeru var padarīt pietiekami vienkāršu, lai simulētu mūsdienu kvantu datoros. Šāda demonstrācija būtu pirmais digitālās kvantu simulācijas piemērs.
Un šodien Guan Ru Feng un draugi no Cinghua universitātes Pekinā saka, ka viņi to ir izdarījuši. Lai simulētu tunelēšanu, šie puiši izmantoja kvantu datoru, kas paļaujas uz kodolmagnētisko rezonansi, lai manipulētu ar kubitiem, kas kodēti oglekļa un ūdeņraža atomos, kas veido hloroforma molekulas. Viņi saka, ka šī ir pirmā kvantu tunelēšanas simulācijas demonstrācija, izmantojot NMR kvantu datoru.
Tam vajadzētu atvērt slūžas vairākām digitālām kvantu simulācijām nākotnē. Tas ir nozīmīgi, jo šī pieeja var simulēt daudz sarežģītāku kvantu parādību, nekā tas ir iespējams. Gaidiet to redzēt vairāk.
Atsauce: arxiv.org/abs/1205.2421 : Kvantu tunelēšanas eksperimentālā digitālā simulācija KMR kvantu simulatorā