Calculatorul cuantic simulează două tipuri de materiale bizare

Oamenii de știință au folosit un computer cuantic pentru a efectua simulări la scară largă a două tipuri de materiale cuantice. Aceste studii au implicat aproximativ 2.000 de biți cuantici, sau qubiți – mult mai mult decât zecile de qubiți disponibili în majoritatea computerelor cuantice.

Rezultatele, publicate în două studii recente în Ştiinţă și Natură, oferă o nouă realizare a viziunii fizicianului Richard Feynman, care spera să folosească computere cuantice – mai degrabă decât calculatoare bazate pe fizica standard sau clasică – pentru a simula sistemele cuantice și a studia comportamentul acestora. „Natura nu este clasică, la naiba, și dacă vrei să faci o simulare a naturii, ar fi bine să o faci mecanic cuantic”, a spus el celebru în 1981.

Efectuate pe un computer construit de D-Wave Systems Inc. din Burnaby, Canada, simulările oferă o modalitate de a studia fenomene care sunt foarte greu de replicat cu calculatoarele clasice. „Acestea sunt piese de știință destul de frumoase”, spune fizicianul Seth Lloyd de la MIT. Cercetătorii sunt „capabili să reproducă tot felul de fenomene prezise”.

Aparatele lui D-Wave au atras însă scepticismul, iar unii fizicieni nu sunt convinși de importanța noilor rezultate.

CHIPSURI DE GHEATA Cipul cuantic al lui D-Wave trebuie să fie răcit la temperaturi apropiate de zero absolut folosind un frigider cu diluție (figurat). D-Wave

Într-un studiu publicat pe 22 august în Natură, Fizicienii D-Wave descriu simularea fizicii unui material magnetic bidimensional, identificând o tranziție în care defecte asemănătoare vârtejului cunoscute sub numele de vârtejuri se împerechează în material atunci când temperatura scade. Predicția teoretică a acestei tranziții de fază a câștigat Premiul Nobel pentru fizică în 2016, iar fenomenul este relevant pentru fizica supraconductorilor, materiale care transmit electricitate fără rezistență la temperaturi scăzute (SN: 29.10.16, str. 6). Rezultatele simulării se potriveau cu rezultatele simulărilor efectuate pe computerele clasice.

O altă simulare, raportată pe 13 iulie în Ştiinţă, a replicat comportamentul unui material 3-D care a făcut tranziția între diferite faze magnetice atunci când cercetătorii au schimbat variabile, cum ar fi un câmp magnetic aplicat. Fazele observate au inclus o stare dezordonată cunoscută sub numele de sticla de spin.

Alte echipe au efectuat anterior simulări cu calculatoare cuantice (SN Online: 1/22/10), dar acele simulări au implicat mai puțini qubiți. „La această dimensiune, este prima dată când se face acest tip de calcul”, spune cercetătorul șef al D-Wave, Mohammad Amin, un coautor al studiului. Natură studiu. Cu cât mai mulți qubiți, cu atât mai multe particule pe care fizicienii le pot simula, permițând computerului să imite mai bine fizica care apare atunci când mulți atomi se reunesc în materiale solide.

Vândute comercial din 2011, computerele lui D-Wave au stârnit controverse. Oamenii de știință au dezbătut dacă mașinile cuantice prezintă într-adevăr un comportament cuantic – cum ar fi legăturile înfricoșătoare dintre particulele îndepărtate cunoscute sub numele de încurcătură – și dacă computerele pot funcționa mai repede decât computerele clasice (SN: 26/07/14, str. 6).

Noile rezultate sporesc credibilitatea lui D-Wave, sugerând că efectele cuantice au loc într-adevăr în interiorul computerului. „Se pare că ei folosesc un proces cuantic pentru a simula un alt proces cuantic”, spune fizicianul Daniel Lidar de la Universitatea din California de Sud din Los Angeles. Deși rezultatele nu au furnizat dovezi directe că computerul prezintă efecte cuantice, „pare puțin probabil ca… acest lucru ar fi avut succes dacă ar fi fost complet clasic”.

Cu toate acestea, unii sceptici sunt nemișcați de rezultate. „Nu au abordat deloc dacă este vorba despre un sistem cuantic pe care îl au”, spune fizicianul Graeme Smith de la centrul de cercetare JILA din Boulder, Colorado. Iar noile studii nu încearcă să abordeze întrebarea dacă D-Wave funcționează mai repede decât un computer clasic.

Calculatorul cuantic al lui D-Wave este un tip specializat, bazat pe un proces numit recoacere cuantică. În timp ce computerele aflate în prezent în curs de dezvoltare de către Google, IBM, Intel și alții sunt destinate a fi de uz general și ar putea realiza fapte imposibile în prezent, cum ar fi distrugerea schemelor de criptare a datelor (SN: 7/8/17, str. 28), calculatoarele de recoacere cuantică sunt utile în principal pentru rezolvarea unui anumit tip de problemă numită problemă de optimizare, în care computerul trebuie să aleagă cea mai bună opțiune dintre multe posibilități. Calculatoarele D-Wave au fost deja folosite pentru astfel de probleme, cum ar fi cernerea datelor despre coliziune de particule, detectarea copacilor în imaginile aeriene și alegerea celei mai bune rute pentru ca taxiurile să circule în jurul Beijingului.

Utilizarea D-Wave pentru a simula sistemele cuantice deschide noi posibilități pentru computer, spune fizicianul Davide Venturelli de la Laboratorul de Inteligență Artificială Cuantică al Asociației Universităților de Cercetare Spațială de la Centrul de Cercetare Ames al NASA din Moffett Field, California. Studiile „vor oferi o mulțime de idei. oamenilor despre ce să facă cu mașina D-Wave.”