Vedelkristallide topoloogilised defektid on matemaatiliselt analoogsed kvantbittidega, on USA teadlased teoreetiliselt näidanud. Kui sellel põhimõttel põhinevat süsteemi saaks praktikas rakendada, saaks paljusid kvantarvutite eeliseid realiseerida klassikalises vooluringis – vältides märkimisväärseid väljakutseid, millega seisavad silmitsi praktiliste kvantarvutite arendajad.
Nemaatilised vedelkristallid on vardakujulised molekulid, mis kipuvad üksteisega joonduma ja mille joondust saab manipuleerida elektriväljade abil. Neid kasutatakse ekraanisüsteemides, mida leidub laialdaselt mobiiltelefonides, kellades ja muudes elektroonilistes vidinates. Topoloogilised defektid tekivad nemaatilistes vedelkristallides, kus joondus muutub. Nende süsteemide sarnasus kvantmaailmaga on olnud teada juba mõnda aega. 1991. aastal Pierre-Gilles de Gennes pälvis Nobeli füüsikaauhinna mõistmise eest, et ülijuhtide füüsikat saab rakendada ka vedelkristallide defektide puhul.
Nüüd aga rakendusmatemaatikud Žiga Kos ja Jörn Dunkel Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi teadur on uurinud, kas nemaatilised vedelkristallid võivad osutuda kasulikuks uudse arvutusplatvormina.
Kõrgema mõõtmega olekuruum
"Me kõik teame ja kasutame digitaalseid arvuteid ning väga pikka aega teame, et inimesed on rääkinud alternatiivsetest strateegiatest, nagu vedelikupõhised arvutid või kvantsüsteemid, millel on suurema mõõtmega olekuruum, et saaksite rohkem teavet salvestada, " ütleb Dunkel. "Aga siis on küsimus, kuidas sellele juurde pääseda ja kuidas sellega manipuleerida."
Google ja IBM on tootnud ülijuhtivaid kvantbitte (qubits) kasutavaid kvantarvuteid, mis vajavad dekoherentsi vältimiseks krüogeenseid temperatuure, samas kui Honeywell ja IonQ on kasutanud lõksu jäänud ioone, mis nõuavad ülistabiilseid lasereid, et teostada ioonide vahelisi väravaoperatsioone elektripüünistes. Mõlemad on teinud märkimisväärseid edusamme ja muud protokollid, nagu neutraalsete aatomite kubitid, on varasemates arenguetappides. Kõik need kasutavad aga väga spetsiifilisi ja delikaatseid protokolle, mida vedelkristallsüsteemides ei rakendata.
Oma uues töös näitavad teadlased, et kuigi füüsika on erinev, võib vedelkristalli topoloogilise defekti käitumise ja kubiidi käitumise vahel tuua matemaatilise analoogia. Seetõttu on teoreetiliselt võimalik käsitleda neid "n-bitte" (nemaatilisi bitte), nagu teadlased on nimetanud, nii, nagu nad oleksid kubitid – ja kasutada neid kvantarvutusalgoritmide täitmiseks, kuigi nende käitumist reguleeriv tegelik füüsika võib seletada klassikaliselt.
Lisaks klassikalisele andmetöötlusele
Või vähemalt on see plaan. Teadlased näitasid, et üksikud n-bitised peaksid käituma täpselt nagu üksikud kubitid ja seetõttu olid üksikud n-bitised väravad teoreetiliselt samaväärsed ühe kubitiga: "Kvantarvutuses on ka teisi väravaid, mis töötavad mitmel kubitil," selgitab Dunkel. ja neid on vaja universaalseks kvantarvutuseks. Need on midagi, mida meil praegu vedelkristallväravate jaoks pole. Sellegipoolest, ütleb Dunkel, "saame teha asju, mis ulatuvad klassikalisest andmetöötlusest kaugemale."
Teadlased jätkavad oma teoreetilist tööd lootuses paremini mõista mitme kubiti ja mitme n-biti vahelist matemaatilist kaardistamist, et teha kindlaks, kui lähedane analoogia tegelikult on. Nad töötavad ka pehme aine füüsikutega, kes üritavad laboris väravaid luua. "Loodame, et see juhtub järgmise ühe või kahe aasta jooksul, " ütleb Dunkel.
Dunkel ja Kos kirjeldavad oma uuringut aastal ilmunud artiklis Teadus ettemaksed. Teoreetiline ja arvutusfüüsik Daniel Beller Johns Hopkinsi ülikoolist USA-s avaldab ta ettevaatlikku muljet: „Mulle väga meeldib see paber,” ütleb ta; "Ma arvan, et see on potentsiaalselt väga oluline." Ta märgib väiteid, mis on esitatud kvantarvutite võime kohta käitada algoritme, kasutades liiga palju ressursse või liiga kaua, et muuta need klassikalises arvutis teostatavaks, ja ütleb, et "käesolevas töös tehakse ettepanek, et need kontseptsioonid võiksid olla testitavad ja arvutuslikud. kiirused, mis on saavutatavad süsteemis, mis ei sõltu väga külmast temperatuurist ega takista kvantdekoherentsi. Ta lisab, et "see on suurepärane teoreetiline ja arvutuslik demonstratsioon, mida tuleks järgmiseks katsega kontrollida, kuna füüsika on oma olemuselt eksperimentaalne teadus." Ta hoiatab näiteks, et mõne mudelis kasutatud eelduse mõistmine, nagu näiteks see, et defektid jäävad paigale, kui vedelkristall nende ümber voolab, nõuab katsetes "mõningat disainikaalutlust".
