违反法律：科学家希望通过量子计算破坏摩尔定律

量子物理定律影响日常生活中的波动，很少有人知道，从智能手机的电池到太阳能电池板产生的能量。随着能源部(DOE (link is external))及其实验室探索量子科学的前沿，例如计算单个原子的能级或分子如何组合在一起，更强大的工具是必需的。
“物理系统越大，问题就越严重 - 如果你超越了一个简单的分子，我们无法解决这些能量差异，”劳伦斯利弗莫尔实验室(LLNL)物理学家Jonathan DuBois说，他负责实验室的量子相干设备物理(QCDP)组。“从物理学的角度来看，我们正在进行越来越多令人惊叹的高度控制的物理实验，如果你试图模拟他们在经典计算机上所做的事情，那么它几乎就处于不可能的地步。”
在经典计算中，摩尔定律假设集成电路中的晶体管数量大约每两年翻一番。然而，有迹象表明，摩尔定律正在放缓，最终会陷入困境。这就是量子计算的用武之地。除了突破摩尔定律的障碍外，还有一些人将量子计算作为计算机的下一个发展步骤。它位于核安全管理局(核安全局)的优先清单上(链接是外部的))的高级模拟和计算(ASC)计划，正在通过其“超越摩尔定律”项目研究量子计算等新兴技术。在LLNL，工作人员科学家DuBois和Eric Holland正在努力制定一项全面的共同设计战略，以便将量子计算技术近期应用于核安全局任务领域的突出重大挑战问题。
桌面计算机我们都熟悉二进制形式的存储信息，无论是1还是零(开或关)，在量子系统中，信息可以存储在叠加中，这意味着短暂的时间只需几纳秒，在投射到经典二进制状态之前，量子比特中的数据可以作为一个或零存在。从理论上讲，这些机器可以比以前创建的任何计算机更快地解决某些复杂问题。虽然经典计算机串行执行功能(一次生成一个答案)，但量子计算机可能以高度并行的方式执行功能和存储数据，以指数方式提高速度，性能和存储容量。
LLNL最近在量子相干设备组成员Eric Holland的领导下，推出了全功能量子计算实验室和测试平台设施。研究人员正在对实验室的量子计算战略计划下的原型量子器件进行测试。该计划现已进入第三年，由实验室指导研究与开发(LDRD)资助，旨在设计，制造，表征和构建量子相干设备。DOE的高级科学计算研究(ASCR)使该建筑和示范项目成为可能，该项目由能源部科学办公室管理，该项目积极探索量子计算是否以及如何对DOE应用有用。
LLNL的研究人员正在开发用于解决原型设备上的量子模拟问题的算法，这看起来很简单且非常奇怪。它是一个圆柱形金属盒，里面悬挂着蓝宝石芯片。盒子保存在冷藏真空管(镀金以提供固体热匹配)内，温度低于外层空间 - 负460华氏度。它具有高超导性，在真空中面临零电阻，从而延长了叠加状态的寿命。
“这是一个完美的电导体，所以如果你可以在这里发送激励，你将在盒子内部获得电磁(EM)模式，”DuBois解释道。“我们正在使用盒子内部的空间，量子化的EM场来存储和操纵量子信息，小芯片耦合到场并操纵它们，确定不同量子态之间能量的精细分裂。这些能量差异是你用来改变量子空间的东西。“
为了“对话”，研究人员正在使用任意波形发生器，它产生一个振荡信号 - 信号的时间决定了系统中正在进行的计算。DuBois说，物理学家基本上是为薛定谔方程建立量子求解器，几乎所有物理学的基础和量子计算系统动力学的决定因素。
“事实证明，实际上很难解决这个问题，而且系统越大，你需要跟踪的数量呈指数级增长，”DuBois说。“这里的论点是我们可以建立一个自然地做到这一点的系统 - 自然界基本上跟踪了我们所有这些自由度，所以如果我们能够仔细控制它，我们就可以基本上模拟一些问题的量子动力学我们感兴趣的是，量子化学中的电荷转移或生物学问题或核物理中的散射问题。“
了解该设备如何工作是DOE先进的量子模拟测试(AQuES)测试探路者计划的一部分，该计划正在分析几种不同的方法，以创建一个功能齐全，有用的量子计算机，用于基础科学和确定等领域。核散射率，分子中的电子结构或凝聚态物质或了解太阳能电池板中的能量水平。2017年，DOE在三年内向包括DuBois和Lawrence Berkeley实验室物理学家Irfan Siddiqi和Jonathan Carter在内的团队颁发了150万美元。该团队希望确定量子系统的基础技术，开发实用的，可用的量子计算机，并在实验室建立量子能力以解决实际问题。
根据DuBois的说法，量子计算科学“处于转折点。”他表示，在三年时间内，该团队应该能够评估哪种类型的量子系统值得作为测试平台系统进行评估。研究人员首先想要展示对量子计算机的控制并解决特定的量子动力学问题。然后，他们想要建立一个用户设施或基于云的系统，任何用户都可以登录并解决复杂的量子物理问题。
“量子计算有多种竞争方法; 捕获离子，半导体系统等，都有它们的怪癖 - 它们实际上都不是真正的量子计算机，“DuBois说。“硬件方面，这就是问题所在，'我们可以部署的第一批技术是什么，有助于弥合实验室中实际存在的内容与人们如何将这些系统视为理论对象之间的差距? “”
自从1999年创建第一个超导量子比特或“量子比特”以来，量子计算机已经走过了漫长的道路。在过去近20年中，量子系统已经成倍增长，这可以通过量子比特叠加的寿命或者它的多长时间来证明将量子比特衰减为0或1. 1999年这个数字是纳秒。目前，系统可达数十至数百毫秒，这听起来可能不多，但每年，量子比特的寿命都翻了一番。
对于Testbed项目，LLNL的第一代量子器件将大约20个量子比特，DuBois说，足够大到有趣，但小到足以使用。DuBois说，这种尺寸的系统可能会减少大多数现有超级计算系统从大约一天到几微秒执行量子动力学计算所需的时间。为了达到这一点，LLNL和LBNL物理学家将需要了解如何设计可以扩展量子态的系统。
“它需要持续很长时间才能成为量子，它需要可控，”杜波依斯说。“那里有一个频谱; 空间越大，它就越强大。那就是它的可控性。最好的控制水平是将值更改为我想要的任何值。这就是我们的目标，但涉及到竞争。我们希望打到那个甜蜜点。“
【违反法律：科学家希望通过量子计算破坏摩尔定律】

违反法律：科学家希望通过量子计算破坏摩尔定律

推荐阅读

关于节约粮食的名言诗句关于节约粮食的名言和诗句

奋斗励志朋友圈句子励志短句致自己奋斗朋友圈

想发朋友圈表示心情不好的句子心情不好发朋友圈的句子心情短句

贝拉玻尿酸是合法的吗贝拉玻尿酸是进口的还是国产的

核桃仁做菜的菜谱，您知道桃仁脆溜鸡的做法

浅紫色显皮肤黑还是白

库伦旗景点

居家隔离和集中隔离的区别什么情况下要隔离28天

蝉蛹是什么

怎样能丰胸最安全有效