Australiska forskare har skapat världens första kvantdatorkrets – en krets som innehåller alla grundläggande komponenter i ett klassiskt datorchip, men i kvantskala. Den landmärke upptäckten, publicerad i går i tidskriften Nature, var nio år på väg.
"Det här är en spännande upptäckt i min karriär", säger seniorförfattaren och kvantfysikern Michelle Simmons, grundare av Silicon Quantum Computing och chef för UNSW:s Center of Excellence for Quantum Computing and Communication Technologies, till ScienceAlert.
Simmons och hennes team har inte bara skapat vad som i huvudsak är en funktionell kvantprocessor, de har också framgångsrikt testat den genom att simulera en liten molekyl där varje atom har flera kvanttillstånd – något som en traditionell dator skulle kämpa för att uppnå.
Detta tyder på att vi nu är ett steg närmare att äntligen utnyttja kraften i kvantbearbetning för att bättre förstå världen omkring oss, även i minsta skala.
"På 1950-talet sa Richard Feynman att vi aldrig kommer att förstå hur världen fungerar - hur naturen fungerar - om vi inte kan börja göra det i samma skala," sa Simmons till ScienceAlert. "Om vi kan börja förstå material på den här nivån kan vi skapa saker som aldrig har gjorts förut. Frågan är hur man egentligen kontrollerar naturen på denna nivå?".
För att göra ett språng inom kvantberäkningsområdet använde forskare ett skanningstunnelmikroskop i ett ultrahögt vakuum för att placera kvantprickar med subnanometerprecision. Placeringen av varje kvantpunkt måste vara korrekt så att schemat kan efterlikna hur elektroner rör sig längs en rad kol med en eller två bindningar i polyacetylenmolekylen.
Det svåraste var att ta reda på exakt hur många fosforatomer som skulle vara i varje kvantprick, det exakta avståndet mellan varje prick, och sedan designa en maskin som kunde placera de små prickarna i en exakt ordning inuti ett kiselchip. Om kvantprickarna är för stora blir interaktionen mellan de två prickarna "för stor för att kunna kontrolleras oberoende av varandra", säger forskarna.
Också intressant:
- IBM har tillkännagett planer på att skapa en 4000 XNUMX qubit kvantprocessor
- Forskare slog världsrekord för kvantkrypterad kommunikation
Polyacetylen valdes för att det är en välkänd modell och därför kan användas för att bevisa att datorn korrekt modellerar elektronernas rörelse genom molekylen.
Eftersom forskare för närvarande har en begränsad förståelse för hur molekyler fungerar i atomär skala, finns det många antaganden involverade i att skapa nya material. "En av de heliga gralerna har alltid tillverkat högtemperatursupraledare", säger Simmons. En annan potentiell tillämpning av kvantberäkning är studiet av artificiell fotosyntes och hur ljus omvandlas till kemisk energi genom organiska kedjereaktioner.
Ett annat stort problem som kvantdatorer kan lösa är skapandet av gödningsmedel. Kvävetrippelbindningar bryts för närvarande ned under förhållanden med hög temperatur och högt tryck i närvaro av en järnkatalysator för att skapa fixerad kväve för gödningsmedel. Att hitta en annan katalysator som kan göra gödselmedlet mer effektivt kan spara mycket pengar och energi.
Du kan hjälpa Ukraina att slåss mot de ryska inkräktarna. Det bästa sättet att göra detta är att donera medel till Ukrainas väpnade styrkor genom Rädda liv eller via den officiella sidan NBU.
Läs också:
- Världens första okylda kvantdator har installerats i Australien
- Forskare har hittat ett sätt att kombinera relativitetsteorin och kvantmekaniken