Aikakiteitä kvanttitietotekniikoiden avulla

Vaikka kvanttiprosessorit voivat klassisten prosessorien tavoin ajaa algoritmeja ja perinteisiä laskelmia, ne tarjoavat myös jotain muuta: ohjelmallisen kvanttimaailman hallinnan. Esimerkkinä vaikkapa aikakiteen luominen.

Tutkijaryhmä Stanfordin yliopistosta, Google Quantum AI:ltä, Max Planck Institute for Physics of Complex Systemsiltä ja Oxfordin yliopistosta kertovat aikakiteen luomisesta Googlen suprajohteista Sycamore -kvanttilaskentalaitteiston 20 spinkubittia käyttäen.

"Iso kuva on, että otamme laitteet, jotka on tarkoitettu tulevaisuuden kvanttitietokoneiksi ja ajattelemme niitä monimutkaisina kvanttijärjestelminä sellaisenaan", sanoo Matteo Ippoliti, Stanfordin tutkijatohtori. "Laskennan sijaan laitamme tietokoneen toimimaan uutena kokeellisena alustana aineen uusien faasien toteuttamiseksi ja havaitsemiseksi."

"Uskomme, että mielenkiintoisin käyttö kvanttitietokoneille tällä hetkellä on perustavanlaatuisen kvanttifysiikan alustana", jatkaa Ippoliti. "Näiden järjestelmien ainutlaatuisten ominaisuuksien ansiosta on toivoa, että saattaa löytyä uusi ilmiö, jota ei ole ennustettu."

Alankomaalaisen QuTechin tutkijat ovat myös luoneet aikakiteen mutta käyttämällä timanttipohjaista kvanttitietokonetta. "Päätimme rakentaa diskreetin aikakiteen käyttämällä yhtä kvanttiprosessoreistamme, jotka perustuvat timantin spineihin", kertoo Joe Randall QuTechistä, Delftin teknillisen yliopiston ja TNO:n yhteistyöorganisaatiosta.

"Nämä spinit muodostavat erittäin hyvin eristettyjä ja yksilöllisesti ohjattuja kvanttibittejä, jotka voimme ohjelmoida emuloimaan muita fyysisiä järjestelmiä." Yhdessä UC Berkeleyn ja Element Sixin yhteistyökumppaneiden kanssa työryhmä käytti yhdeksää kvanttibittiä ja manipuloi niitä juuri oikealla tavalla täyttääkseen teoreettiset kriteerit aikakiteen muodostamiseksi.

Professori Matthias Weidemüllerin ja tohtori Gerhard Zürnin johtama tiimi Heidelbergin yliopiston kvanttidynamiikkakeskuksessa on puolestaan onnistunut tavoitteessaan muuttaa mikroskooppisten kvanttimagneettien eli spinien välisen vuorovaikutuksen voimakkuuden lisäksi myös niiden luonnetta.

Suurin osa magneetteihin liittyvistä tutkimuksista rajoittui aiemmin klassisiin magneettisiin dipoleihin, mutta viime aikoina on tullut mahdolliseksi laajentaa kvanttimagneetteja koskevia lähestymistapoja kvanttisimulaattoreiden avulla.

Nämä tutkimukset ovat tärkeä askel kohti parempaa ymmärrystä monimutkaisten kvanttijärjestelmien perusprosesseista. Jos nykyisistä NISQ-kvanttiprosessoreista ei muuhun ole niin ainakin ne mahdollistavat täysin uusien fyysisien järjestelmien tutkimisen.

Aiheesta aiemmin

Kvanttisimulointia valolla

Kvanttisimulointia topologisista eristeistä