g u t x .com.tr İpek yolu - Çin'i anlamaya götürürüm

Süper bilgisayardan kuantum bilgisayara geçiş, fizikteki en gizemli kavramın kilidini açabilir

Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'nda bir bilgisayar bilimcisi olan Michael McGuigan şunları söyledi: Bir düşünün, kuantum bilgisayarlara istatistiksel mekanik yapmayı öğretirsek, ne yapabiliriz? O sırada McQueen, ünlü fizikçi Ludwig Boltzmann'ın istatistiksel mekanik teorisini nasıl şiddetle savunması gerektiğini düşünüyordu. Boltzmann, atomların özelliklerinin maddenin fiziksel özelliklerini nasıl belirlediğine dair fikrini 19. yüzyılın sonunda ortaya attı, ancak alışılmadık derecede büyük bir engeli vardı: atomların varlığı o zamanlar kanıtlanmadı bile.

Aynı dönemdeki insanlar, Boltzmann'ı rahatsız eden atom ve fizik konusundaki yorgunluğunu ve hayal kırıklığını kabul etmediler. Günümüzde Boltzmann faktörü fizikte yaygın olarak kullanılmaktadır. Boltzmann faktörü, belirli bir enerji durumundaki bir parçacık sisteminin sıfır enerjiye göre keşfedilme olasılığını hesaplar. Örneğin, Boltzmann faktörü atomların, moleküllerin ve kuark "çorbalarının" davranışını incelemek için dünyanın en büyük süper bilgisayarı üzerinde hesaplamalar yapmak için kullanılır. Bu hesaplamalar Brookhaven Laboratuarındaki Göreli Ağır İyon Çarpıştırıcısına dayanmaktadır. Ve CERNin Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ve diğer tesisleri.

Boltzmann'ın haklı olduğunu kanıtlamak için dünyayı sarsan bir değişiklik gerekse de, bilgisayar bilimcileri şimdi yeni bir bilgi işlem dalgasının eşiğindeler ve süper bilgisayardan kuantum bilgisayara geçiş yapıyorlar. Bu kuantum bilgisayarlar, fizikteki en gizemli kavramlardan bazılarının kilidini açma potansiyeline sahip. Ve garip bir şekilde, bu sözde gizemler birçok insana biraz tanıdık gelebilir. Çoğu insan zaman ve sıcaklık kavramlarına aşina olmasına ve bunları günde birkaç kez izlemesine rağmen, bu temel kavramların fizikte hala bir gizem olduğu ortaya çıktı.

Boltzmann faktörleri sıcaklık etkilerinin modellenmesine yardımcı olur.Bu sıcaklık etkileri, atomik davranışı ve fiziksel özellikleri tahmin etmek ve kontrol etmek için kullanılabilir.Klasik bilgisayarlarda iyi çalışırlar. Ancak kuantum bilgisayarlarda hesaplamalarda kullanılan kuantum mantık kapıları (sayısal devrelerdeki mantık kapılarına benzer) Boltzmann faktörleri yerine karmaşık sayılarla temsil edilir.Tanım gereği Boltzmann faktörleri gerçek sayılardır. Bu soru McGuigan ve öğrenci / ortak yazar Raffaele Miceli için ilginç bir soru sağlar. Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndaki IBM Q Hub aracılığıyla IBM Evrensel Kuantum Hesaplama Sistemi Protokolü tarafından sağlanan kuantum hesaplama test yatağına erişmek için Brookhaven Labs'ı kullanabilirsiniz. çözmek.

Bu işbirliği, Brookhaven'ın (ve ağdaki diğerlerinin) deneyler için 20 ve 53 kübitlik sistemler de dahil olmak üzere IBM'in ticari kuantum sistemlerine erişmesine olanak tanır. Kuantum bilgisayarlarda, termal alan dinamiği adı verilen, zaman ve sıcaklıkla ilgili miktarı hesaplayabilen sonlu sıcaklığı simüle etmenin başka bir yöntemi vardır. Bu formda, bir sistemin ikilisi termal çift olarak adlandırılır ve daha sonra bir kuantum bilgisayarda hesaplanır, çünkü hesaplama karmaşık kuantum mantık kapıları ile temsil edilebilir. Son olarak, sonlu sıcaklıklarda hesaplamalar için etkili bir Boltzmann faktörü oluşturmak için iki durum bir araya getirilebilir.

Biçimciliğin bazı avantajları da vardır. Örneğin, bu kuantum algoritmasını, sonlu sıcaklığın etkilerini ve zaman ve sıcaklık ayrıldığında sistemin gerçek zamanlı olarak nasıl geliştiğini incelemek için kullanabilirsiniz. Bir dezavantajı, çift durumları işlemek için sıfır sıcaklık hesaplamalarından iki kat daha fazla kübit gerektirmesidir. Araştırmacılar, birkaç parçacık içeren basit bir sistemde sonlu bir sıcaklıkta sıcaklık alanı dinamikleri için bir kuantum algoritmasının nasıl uygulanacağını gösterdiler ve bunun klasik hesaplamalarla tamamen tutarlı olduğunu buldular.Çalışma, klasik ve kuantum hesaplama kaynaklarını kullanıyor ve Qiskit açık kaynaklı kuantum kullanıyor Bulutta araştırmacıların algoritmalarını oluşturmayı mümkün kılan bilgi işlem yazılımı.

Qiskit daha sonra kuantum bilgisayarlarla gerçek zamanlı iletişim için kodu darbelere dönüştürür. Klasik algoritmayı çalıştıran optimizer, geleneksel sistem ile kuantum sistemi arasındaki gidiş dönüşü daha da fark eder. Deneyler, kuantum sistemlerinin, sonuçları bulmak için hayali zamandan gerçek zamana dönmek yerine gerçek zamanlı hesaplamaları doğru bir şekilde temsil etme avantajı olduğunu göstermiştir. Araştırma, sistemin nasıl geliştiğine dair daha gerçekçi bir resim sunar Bu problem kuantum simülasyonuyla eşleştirilebilir ve gelişmesine izin verilebilir. Kuantum kozmolojisi, McGiggan'ın yeni kuantum hesaplama seçeneklerinin derin bir etkiye sahip olacağını öngördüğü başka bir alandır.

Modern süper bilgisayarlar, evreni anlamada birçok ilerleme kaydetmiş olsalar da, bazı fiziksel sistemler hala yeteneklerinin ötesindedir. Genellikle tam kuantum yerçekimi teorisinin bir açıklamasını içeren matematiksel karmaşıklık, doğru bir çözüm elde etmek için çok büyüktür. Bununla birlikte, dolaşıklık ve süperpozisyon kullanma becerisine sahip gerçek bir kuantum bilgisayar, yeni ve daha hassas algoritmalar için daha fazla seçenek sağlayacaktır. Kuantum sistemleri, gerçek zamanlı olarak yol entegrasyonunu gerçekleştirebilir ve bilim adamlarının büyük ölçekli evren simülasyonları yapmasına olanak tanır. Tam bir kuantum kütleçekimi teorisi oluşturmadan evrenin ileriye doğru evrildiği zaman hesaplanan dalga fonksiyonunu hayal edebilirsiniz.

Bir kez daha Qiskit yazılım paketini ve IBM Q donanımına erişimi kullanarak McGuigan ve Brown Üniversitesi öğrencisi Charles Kocher, bir inceleme ve bir bozon alanı (modern evrende bir tür) dahil olmak üzere çeşitli deneyler yapmak için klasik hesaplama yöntemlerini ve VQE hibritlerini kullandı. Bilimde önemli rol oynayan hayali parçacıklar) yerçekimi ve bozon alan eşleme sistemi deneyi. Çalışmalar, hibrit VQE tarafından üretilen dalga fonksiyonunun, kuantum mekaniğini ve Albert Einstein'ın görelilik teorisini matematiksel olarak birleştiren Wheeler-Dewitt denklemi ile tutarlı olduğunu göstermiştir. Her ne kadar erken kuantum deneyleri, fiziğin arkasındaki temel bilgilere farklı bir bakış açısına yol açtı.

Ancak kuantum hesaplamanın, Enerji Bakanlığı'nın misyonunu etkileyen uzun vadeli sorunların çözümüne önemli bir katkı sağlaması bekleniyor. Bunlar arasında, yeni materyalleri ortaya çıkarmak, enerji zorluklarını çözmek veya yüksek enerji fiziği ve kozmolojinin temel anlayışını artırmak için bir araç (zaman ve sıcaklık gibi) olabilir. Buna karşılık, bu değişiklikler tanımlanması daha kolay alanlara dönüşebilir. Örneğin, ilaç geliştiricilerinin moleküler yapıyı anlamak için daha fazla kuantum mekaniğine ihtiyacı var. Kuantum bilgisayarlar, kuantum mekaniğinin eksiksiz bir simülasyonunu sağlayarak keşfi gerçekleştirebilir ve bu gerçekten pratik bir bakış açısı sağlar. İnsanlar her zaman fiziğin arkasındaki temel bilgilerle ilgileniyor gibi görünüyor ve halk binlerce yıldır bununla ilgileniyor. Şu anda, teorik uzmanlık ve pratik teknolojinin birleşimi, kuantum hesaplama ile kaynaşmaktadır.

Ancak, bu hala çok insani bir çabadır. Şu anda, küçük termal alan problemlerini çözmek veya eski evreni yeniden ziyaret etmek için yeni kuantum bilgisayarları kullanmak, araştırmacıları bilimde daha büyük şeyler yaparken algoritmalarını genişletmeye motive ediyor. Kanada'daki Çevre Enstitüsü ve Hollanda'daki Amsterdam Üniversitesi gibi dünyanın dört bir yanındaki diğer kuruluşlar, termal alan ikili kuantum algoritmasını daha büyük sistemlere genişletiyor. Son zamanlarda 50-100 kübitlik büyük kuantum bilgisayarların ortaya çıkmasıyla birlikte amaç, birçok parçacığı içeren gerçek sistemler üzerinde sınırlı sıcaklık simülasyonları çalıştırmaktır. Bir zamanlar çözümü olmayan bu fikirleri ve sorunları test etmek için gerçek bir kuantum bilgisayara sahip olmak heyecan verici.