Het model gesimuleerd door de D-Wave Illustratie: D-Wave
Een in de handel verkrijgbare “quantum computer” is op de markt sinds 2011, maar het is omstreden. De D-Wave machine is niets zoals andere quantum computers, en tot voor kort, wetenschappers twijfelen dat het ook echt quantum. Maar het bedrijf heeft een belangrijke nieuwe resultaat, dat in deel realiseert Richard Feynman, de eerste dromen voor een quantum computer.
Wetenschappers van D-Wave aangekondigd dat zij hebben gesimuleerde een groot quantum mechanisch systeem met hun 2000Q machine—in wezen een kubus van aangesloten bar magneten. De D-Wave kan niet op de futuristische, meestal niet-natuurkunde-gerelateerde doelen die veel mensen hebben voor quantum computers, zoals het vinden van oplossingen in de geneeskunde, cybersecurity, en kunstmatige intelligentie. Noch doet het op dezelfde manier werkt als de rest van de wedstrijd. Maar het is nu het leveren van echte fysica resultaten. Het is het simuleren van een quantum systeem.
In de reguliere computers, elk probleem wordt vertaald in arrays van beheersbare, twee-keuze schakelaars of bits. In quantum computers, in plaats daarvan, problemen worden vertaald in qubits—deze twee-keuze schakelaars aan de regels, de quantum mechanica, zodat enkel de schakelaars kunnen nemen op een combinatie van staten en twee of meer verre schakelaars kunnen verstrikt raken, zodanig dat hun gezamenlijke uitkomsten afhankelijk zijn van elkaar. Het uiteindelijke antwoord is nog steeds alleen maar nullen en enen.
D-Wave computers niet goed werken op die manier wel. In plaats daarvan, het is alsof al deze quantum schakelaars zijn kleine bar magneten met een programmeerbare elektrische veld en het magnetische stroom te kunnen beheersen. Het oplossen van problemen op deze computers behelst het geven van de qubits een initiële waarde, kijken ze evolueren in het veld de loop van de tijd, en dan zien wat eruit komt. In het verleden hebben bekritiseerd D-Wave om te beweren dat de computer meer kan doen dan hij werkelijk kan. Nu D-Wave heeft aangetoond dat de machine is echt quantum, maar beperkt in de functionaliteit.
De D-Wave computer is niet een universele quantum computer. In de toekomst, zoals een computer kon breken van de codes voor het coderen van gegevens uit openbare en volledig programmeerbaar. De D-Wave, ondertussen, is een zeer lawaaierige systeem dat niet kunnen uitvoeren van algoritmen in de weg van de concurrentie computers. Maar in dit geval maakte het niet uit. D-Wave wetenschappers vonden een natuurkundig probleem dat hun machine is geschikt om te studeren: magnetische materialen, zoals te verwachten.
Hier, de wetenschappers gesimuleerde een groot quantum systeem—betekenis, ook al is hun computer qubits zijn lussen van supergeleidende draad, ze kunnen gebruiken voor het voorspellen van het gedrag van een geheel ander systeem, een kubus van deeltjes in een magnetisch veld.
“Deze resultaten zijn een bevestiging dat de processors die we hebben geïmplementeerd bevatten de natuurkunde dat we zeiden was er al langs,” D-Wave wetenschapper Richard Harris vertelde Gizmodo. “Wat we hebben aangetoond, is dat de ene kunt embedden in een heel andere quantum systeem in onze processor en het werkt nog steeds. Dus D-Wave-processors zijn zowel quantum mechanische en flexibel genoeg is om te simuleren andere systemen.”
U kan worden vertrouwd met de eigenschap van “spin”, die draait deeltjes in de kleinste bar magneten. Je zou kunnen voorstellen een kubisch kristal gemaakt van deeltjes met deze twee-keuze spins. Vervolgens kun je je voorstellen deze spins te nemen op een van de drie magnetische fasen: willekeurig, in lijn met een extern magnetisch veld, of afwisselend. De wetenschappers in kaart gebracht van de D-Wave ‘ s qubits op een kubisch kristal acht deeltjes naar een kant, en gesimuleerd hoe het zou schakelen tussen deze magnetische fasen. Zij publiceerden hun bevindingen in het tijdschrift Science.
Dit klinkt misschien esoterisch, maar het is interessant voor fysici en de mensen in de quantum computing veld, want het is echt het simuleren van de quantum mechanica werken op grote schaal, zoals bedacht door Richard Feynman in de vroege jaren 1980.
“Dit soort van simulatie is iets dat hun architectuur is bij uitstek geschikt om te doen,” Aram Harrow, MIT natuurkunde professor niet in het onderzoek betrokken, vertelde Gizmodo. “De auteurs verdienen krediet voor het maken van deze creatieve verbinding. Het is ook belangrijk omdat het een veel grotere quantum simulatie dan zijn uitgevoerd op kleinere universele quantum computers.”
“Ik denk dat het de meest opwindende gevolg dat D-Wave heeft geproduceerd-to-date en in principe voldoet Feynman’ s droom van een quantum-simulator,” een andere natuurkundige, Helmut Katzgraber van Texas A&M, vertelde Gizmodo.
Maar Katzgraber, Harrow, en zelfs Harris vertelde me het zelfde ding: dat de D-Wave is niet een algemene quantum simulator, en het beste is op het simuleren van systemen zoals deze—verzamelingen van deeltjes met twee kwantumtoestanden in een magnetisch veld.
Uiteindelijk is het simuleren van de quantum fysica is een van de vele doelen van quantum computers. Anderen hopen quantum computers’ unieke architecturen kunnen nuttig zijn voor kunstmatige intelligentie, cybersecurity, het modelleren van hoe complexe moleculen zich gedragen naar het creëren van nieuwe geneesmiddelen, en andere moeilijke problemen. D-Wave computers te koop zijn, zeker, maar ze zijn niet gebruikt voor een van deze doeleinden. Vooral mensen ze gebruiken om onderzoek niet-fysica problemen die opgelost zouden kunnen worden beter op een D-Wave ‘ s quantum computer dan een gewone computer.
Maar het simuleren van een complexe fysica-systeem is een belangrijke start—en Feynman graag.