액정의 위상 결함은 수학적으로 양자 비트와 유사하다고 미국 연구원들이 이론적으로 보여주었습니다. 이 원리에 기반한 시스템이 실제로 구현될 수 있다면 양자 컴퓨터의 많은 장점을 고전적인 회로에서 실현할 수 있어 실용적인 양자 컴퓨터를 개발하려는 사람들이 직면한 상당한 문제를 피할 수 있습니다.
네마틱 액정은 서로 정렬되는 경향이 있는 막대 모양의 분자이며 전기장에 의해 정렬이 조작될 수 있습니다. 그들은 휴대 전화, 시계 및 기타 전자 장치에서 널리 사용되는 디스플레이 시스템에 사용됩니다. 배향이 변하는 네마틱 액정에서는 위상 결함이 발생합니다. 양자 세계에 대한 이러한 시스템의 유사성은 얼마 동안 알려져 왔습니다. 1991년, 피에르 질 드 젠느 초전도체의 물리학이 액정의 결함에도 적용될 수 있다는 사실을 발견한 공로로 노벨 물리학상을 수상했습니다.
이제 응용 수학자 Žiga Kos와 외른 던켈 Massachusetts Institute of Technology의 연구진은 네마틱 액정이 새로운 컴퓨팅 플랫폼으로 유용할 수 있는지 여부를 조사했습니다.
더 높은 차원의 상태 공간
Dunkel은 "우리 모두는 디지털 컴퓨터를 알고 사용하며 더 많은 정보를 저장할 수 있도록 더 높은 차원의 상태 공간을 가진 액체 기반 컴퓨터 또는 양자 시스템과 같은 대체 전략에 대해 사람들이 이야기해 왔다는 것을 알고 있습니다."라고 말합니다. "그런데 접근 방법과 조작 방법에 대한 문제가 있습니다."
Google과 IBM은 결맞음 방지를 위해 극저온이 필요한 초전도 양자 비트(큐비트)를 사용하여 양자 컴퓨터를 생산한 반면 Honeywell과 IonQ는 트랩된 이온을 사용하여 전기 트랩에서 이온 간의 게이트 작업을 수행하기 위해 매우 안정적인 레이저가 필요합니다. 둘 다 괄목할 만한 진전을 이뤘고, 중성 원자 큐비트와 같은 다른 프로토콜은 개발 초기 단계에 있습니다. 그러나 이들 모두는 액정 시스템에서 구현되지 않는 고도로 전문화되고 섬세한 프로토콜을 사용합니다.
그들의 새로운 연구에서, 연구원들은 비록 물리학은 다르지만 액정의 위상 결함의 거동과 큐비트의 거동 사이에 수학적 유추를 그릴 수 있음을 보여줍니다. 따라서 이론적으로 이러한 "n-비트"(네마틱 비트)를 연구원들이 부른 것처럼 마치 큐비트인 것처럼 취급하고 양자 컴퓨팅 알고리즘을 실행하는 데 사용하는 것이 가능합니다. 고전적으로 설명한다.
기존 컴퓨팅을 넘어서
또는 적어도 그것이 계획입니다. 연구원들은 단일 n비트가 단일 큐비트와 똑같이 작동해야 하므로 단일 n비트 게이트가 이론적으로 단일 큐비트 게이트와 동일하다는 것을 보여주었습니다. "양자 컴퓨팅에는 여러 큐비트에서 작동하는 다른 게이트가 있습니다."라고 Dunkel은 설명합니다. 범용 양자 컴퓨팅에 필요합니다. 이것들은 현재 우리가 액정 게이트에 가지고 있지 않은 것입니다.” 그럼에도 불구하고 Dunkel은 "우리는 기존 컴퓨팅을 뛰어넘는 일을 할 수 있습니다."라고 말합니다.
연구원들은 비유가 실제로 얼마나 가까운지 확인하기 위해 여러 큐비트와 여러 n비트 간의 수학적 매핑에 대한 더 나은 이해를 얻기 위해 이론적 작업을 계속하고 있습니다. 그들은 또한 실험실에서 게이트를 만들려고 시도하는 연질 물리학자들과 협력하고 있습니다. Dunkel은 "향후 XNUMX~XNUMX년 동안 그런 일이 일어나기를 바랍니다.
Dunkel과 Kos는 다음 논문에서 그들의 연구를 설명합니다. 과학의 발전. 이론 및 계산 물리학자 다니엘 벨러 미국 존스 홉킨스 대학의 교수는 조심스럽게 깊은 인상을 받았습니다. “나는 이 논문이 정말 마음에 듭니다. "잠재적으로 매우 중요하다고 생각합니다." 그는 양자 컴퓨터가 너무 많은 리소스를 사용하여 알고리즘을 실행하거나 고전 컴퓨터에서 실행 가능하게 만들기에 너무 오래 걸리는 알고리즘을 실행하는 능력이 향상되었다는 주장에 주목하고 "이 작업은 이러한 개념이 테스트 가능하고 계산적일 수 있음을 제안합니다. 매우 낮은 온도 또는 양자 결맞음 방지에 의존하지 않는 시스템에서 달성 가능한 속도 향상". 그는 "물리학이 본질적으로 실험 과학이기 때문에 다음 실험으로 확인해야 한다는 것은 훌륭한 이론 및 계산 시연"이라고 덧붙였습니다. 예를 들어, 그는 결함 주위에 액정이 흐르는 동안 결함이 그대로 유지된다는 것과 같이 모델에 사용된 일부 가정을 실현하려면 "실험에서 일부 설계 고려 사항"이 필요하다고 경고합니다.
