การคำนวณควอนตัม

คอมพิวเตอร์ควอนตัม ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้หลักการซ้อนทับเชิงกลควอนตัมเพื่อประมวลผลข้อมูล กำลังได้รับการพัฒนา สร้าง และศึกษาในองค์กรต่างๆ ตั้งแต่มหาวิทยาลัยและห้องปฏิบัติการระดับชาติ ไปจนถึงบริษัทสตาร์ทอัพและองค์กรขนาดใหญ่ อุปกรณ์เหล่านี้น่าสนใจมากเพราะสามารถแก้ปัญหาทางการคำนวณบางอย่างที่ “ยาก” ได้ เช่น การค้นหารายการ

ที่ไม่เรียงลำดับ

ขนาดใหญ่หรือการแยกตัวประกอบของตัวเลขจำนวนมาก ซึ่งเร็วกว่าคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมทั่วไปมาก นี่เป็นเพราะหลักการซ้อนทับเชิงกลควอนตัมนั้นคล้ายกับการขนานทางการคำนวณแบบเอกซ์โปเนนเชียล กล่าวคือ ทำให้สามารถสำรวจเส้นทางการคำนวณหลายเส้นทางพร้อมกันได้

เนื่องจากธรรมชาติเป็นกลไกเชิงควอนตัมโดยพื้นฐาน คอมพิวเตอร์ควอนตัมจึงมีศักยภาพในการแก้ปัญหาเกี่ยวกับโครงสร้างและไดนามิกของของแข็ง โมเลกุล อะตอม นิวเคลียสของอะตอม หรืออนุภาคย่อยของอะตอม นักวิจัยมีความก้าวหน้าอย่างมากในการแก้ปัญหาดังกล่าวในคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม 

แต่โดยทั่วไปแล้วความพยายามในการคำนวณที่จำเป็นจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณเมื่อจำนวนอนุภาคเพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงไม่แปลกใจเลยที่นักวิทยาศาสตร์ในสาขาเหล่านี้สนใจคอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นอย่างมากมีการสำรวจเทคโนโลยีต่างๆ มากมายเพื่อเป็นพื้นฐานในการสร้างโปรเซสเซอร์ควอนตัม

สิ่งเหล่านี้รวมถึงตัวนำยิ่งยวด กับดักไอออน อุปกรณ์ออปติคอล เพชรที่มีศูนย์ว่างของไนโตรเจน และอะตอมที่เป็นกลางที่เย็นจัด ความท้าทายในทุกกรณีคือการรักษาสถานะควอนตัมให้สอดคล้องกันนานพอที่จะดำเนินการอัลกอริทึม (ซึ่งจำเป็นต้องแยกโปรเซสเซอร์ควอนตัมออกจากสิ่งรบกวน

หรือเสียงรบกวนจากภายนอกอย่างเข้มงวด) ในขณะที่รักษาความสามารถในการจัดการสถานะเหล่านี้ด้วยวิธีการควบคุม (ซึ่งย่อมต้องมีการแนะนำการเชื่อมต่อระหว่าง ระบบควอนตัมที่เปราะบางและสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดัง)เมื่อเร็ว ๆ นี้ มีการสาธิตตัวประมวลผลควอนตัมสากลที่มีมากกว่า 50 ควอนตัมบิต

ซึ่งเป็นเหตุการณ์

สำคัญที่น่าตื่นเต้นเพราะแม้ในระดับความซับซ้อนที่ค่อนข้างต่ำ ตัวประมวลผลควอนตัมก็กลายเป็นขนาดใหญ่เกินไปสำหรับการดำเนินการที่จะจำลองทั้งหมดยกเว้นส่วนใหญ่ ซูเปอร์คอมพิวเตอร์คลาสสิกที่ทรงพลัง ยูทิลิตี้ของเครื่องขนาด 50 คิวบิตเหล่านี้ในการแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์ที่ “ยาก” 

ในปัจจุบันถูกจำกัดด้วยจำนวนของการดำเนินการทางควอนตัมลอจิกที่สามารถทำได้ก่อนที่ความไม่สอดคล้องกันจะเกิดขึ้น (ไม่กี่สิบ) และความพยายามในการวิจัยและพัฒนาส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การเพิ่มความสอดคล้องกันดังกล่าว ครั้ง. อย่างไรก็ตามปัญหาบางอย่างสามารถแก้ไขได้ในอุปกรณ์ดังกล่าว

 คำถามคืออย่างไร?ก่อนอื่นให้หาคอมพิวเตอร์ในภาคส่วนการวิจัย นักวิทยาศาสตร์ได้ดำเนินขั้นตอนแรกในการใช้อุปกรณ์ควอนตัมเพื่อแก้ปัญหาทางเคมี วัสดุศาสตร์ ฟิสิกส์นิวเคลียร์ และฟิสิกส์ของอนุภาค ในกรณีส่วนใหญ่ ปัญหาเหล่านี้ได้รับการศึกษาโดยความร่วมมือระหว่างนักวิทยาศาสตร์

และนักพัฒนา เจ้าของ และ/หรือผู้ควบคุมอุปกรณ์ อย่างไรก็ตาม การรวมกันของซอฟต์แวร์ที่เปิดเผยต่อสาธารณะ เพื่อตั้งโปรแกรมโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์ควอนตัม ควบคู่ไปกับการปรับปรุงการเข้าถึงอุปกรณ์ต่างๆ เอง กำลังเริ่มเปิดช่องให้กับผู้มีส่วนได้ส่วนเสียในวงกว้างมากขึ้น 

ตัวอย่างเช่น 

ดิวเทอรอนเป็นนิวเคลียสอะตอมที่ง่ายที่สุด และเป็นที่รู้จักกันดีในคุณสมบัติของมัน ทำให้เป็นกรณีทดสอบที่ดีสำหรับการคำนวณด้วยควอนตัม นอกจากนี้ เนื่องจากคิวบิตเป็นระบบควอนตัมเชิงกลแบบสองสถานะ (เรียกกันง่ายๆ ว่าสถานะ “สปินขึ้น” และ “สปินดาวน์”) จึงมีการจับคู่ตามธรรมชาติระหว่างคิว

บิตและเฟอร์มิออน นั่นคืออนุภาคที่มีสปินเป็นจำนวนเต็มครึ่งหนึ่ง ที่เป็นไปตามหลักการกีดกันของเพาลี เช่น โปรตอนและนิวตรอนที่ประกอบกันเป็นดิวเทอรอน ตามแนวคิด แต่ละคิวบิตแสดงถึงตำแหน่งวงโคจร (หรือตำแหน่งที่ไม่ต่อเนื่องกัน) ที่เฟอร์มิออนสามารถครอบครองได้ 

และการหมุนขึ้นและลงจะสอดคล้องกับตำแหน่งเฟอร์มิออนหนึ่งหรือศูนย์ที่ครอบครองออร์บิทัลนั้นตามลำดับ จากการทำแผนที่ Jordan-Wigner ชิปควอนตัมสามารถจำลองเฟอร์มิออนได้มากเท่าที่มีคิวบิต

คุณสมบัติที่เป็นประโยชน์อีกประการของการคำนวณควอนตัมของพลังงานจับดิวเทอรอน

คือการคำนวณนั้นสามารถทำให้ง่ายขึ้นได้ ความแปรปรวนของการแปลของปัญหาลดการคำนวณสถานะขอบเขตของโปรตอนและนิวตรอนให้เป็นปัญหาอนุภาคเดี่ยวที่ขึ้นอยู่กับระยะห่างสัมพัทธ์ระหว่างอนุภาคเท่านั้น นอกจากนี้ แฮมิลตันของดิวเทอรอนยังง่ายกว่าในขีดจำกัดของความยาวคลื่นที่ยาว 

เนื่องจากรายละเอียดของอันตรกิริยาที่รุนแรงที่ซับซ้อนระหว่างโปรตอนและนิวตรอนไม่ได้รับการแก้ไขที่พลังงานต่ำ การลดความซับซ้อนเหล่านี้ทำให้เราสามารถคำนวณควอนตัมโดยใช้เพียงสองและสามคิวบิตจากนั้นทำการคำนวณของคุณเราเตรียมกลุ่มของสถานะควอนตัมที่ยุ่งเหยิงบนโปรเซสเซอร์

ควอนตัม และคำนวณพลังงานของดิวเทอรอนบนชิปควอนตัม การเตรียมสถานะประกอบด้วยการดำเนินการแบบรวม ซึ่งแยกย่อยออกเป็นลำดับของการดำเนินการเชิงตรรกะควอนตัมแบบควอนตัมเดี่ยวและ

สองควิบิต ซึ่งดำเนินการกับสถานะเริ่มต้น ด้วยการมองหาความเที่ยงตรงในระดับสองควิบิตที่ค่อนข้างต่ำ เราจึงใช้การดำเนินการ สองควิบิตขั้นต่ำสำหรับงานนี้ ในการคำนวณพลังงานของดิวเทอรอน เราได้วัดค่าความคาดหวังของตัวดำเนินการ Pauli ใน Hamiltonian โดยฉายสถานะ qubit ไปยังบิตคลาสสิก นี่เป็นกระบวนการสุ่ม และเรารวบรวมสถิติจากการวัดมากถึง 10,000 ครั้ง

credit: worldofwarcraftblogs.com Dialogues2004.com KilledTheJoneses.com 1000hillscc.com trtwitter.com bajoecolodge.com SnebLoggers.com withoutprescription-cialis-generic.com DailyComfortChallenge.com umweltakademie-blog.com combloglovin.com