ข้อบกพร่องเชิงทอพอโลยีในผลึกเหลวมีความคล้ายคลึงกับควอนตัมบิตทางคณิตศาสตร์ นักวิจัยในสหรัฐอเมริกาได้แสดงให้เห็นในทางทฤษฎี หากระบบที่ใช้หลักการนี้สามารถนำไปใช้ได้จริง ข้อดีหลายประการของคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถรับรู้ได้ในวงจรแบบคลาสสิก หลีกเลี่ยงความท้าทายมากมายที่ผู้พยายามพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้งานได้จริง
ผลึกเหลว Nematic เป็นโมเลกุลรูปแท่งซึ่งมีแนวโน้มที่จะเรียงตัวกันและสามารถจัดตำแหน่งได้ด้วยสนามไฟฟ้า ใช้ในระบบแสดงผลที่พบได้ทั่วไปในโทรศัพท์มือถือ นาฬิกา และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ข้อบกพร่องของโทโพโลยีเกิดขึ้นในผลึกเหลวแบบนีมาติกซึ่งการเปลี่ยนแปลงการจัดตำแหน่ง ความคล้ายคลึงกันของระบบเหล่านี้กับโลกควอนตัมเป็นที่รู้จักกันมาระยะหนึ่งแล้ว ในปี 1991 ปิแอร์-จิลล์ เดอ เจนเนส ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากการตระหนักว่าฟิสิกส์ของตัวนำยิ่งยวดสามารถนำไปใช้กับข้อบกพร่องในผลึกเหลวได้
นักคณิตศาสตร์ประยุกต์ Žiga Kos และ Jorn Dunkel ของสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ได้พิจารณาว่าผลึกเหลวนีมาติกสามารถพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์ในฐานะแพลตฟอร์มการคำนวณแบบใหม่หรือไม่
พื้นที่สถานะมิติที่สูงขึ้น
“เราทุกคนรู้จักและใช้คอมพิวเตอร์ดิจิทัล และเป็นเวลานานมากแล้วที่รู้ว่าผู้คนกำลังพูดถึงกลยุทธ์ทางเลือก เช่น คอมพิวเตอร์ที่ใช้ของเหลวหรือระบบควอนตัมที่มีพื้นที่สถานะมิติที่สูงกว่า ดังนั้นคุณจึงสามารถเก็บข้อมูลได้มากขึ้น” Dunkel กล่าว “แต่ก็มีคำถามว่าจะเข้าถึงได้อย่างไรและจะจัดการอย่างไร”
Google และ IBM ได้ผลิตคอมพิวเตอร์ควอนตัมโดยใช้ควอนตัมบิตที่มีตัวนำยิ่งยวด (qubits) ซึ่งต้องการอุณหภูมิในการแช่แข็งเพื่อป้องกันการถอดรหัส ในขณะที่ Honeywell และ IonQ ใช้ไอออนที่ติดอยู่ ซึ่งต้องใช้เลเซอร์ที่มีความเสถียรสูงเป็นพิเศษเพื่อดำเนินการเกตระหว่างไอออนในกับดักไฟฟ้า ทั้งสองมีความก้าวหน้าอย่างน่าทึ่ง และโปรโตคอลอื่น ๆ เช่น qubits อะตอมที่เป็นกลางอยู่ในขั้นตอนก่อนหน้าของการพัฒนา อย่างไรก็ตาม ทั้งหมดนี้ใช้โปรโตคอลที่มีความละเอียดอ่อนและเชี่ยวชาญสูง ซึ่งไม่ได้นำมาใช้ในระบบคริสตัลเหลว
ในงานใหม่ของพวกเขา นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าแม้ว่าฟิสิกส์จะแตกต่างกัน แต่เราสามารถวาดการเปรียบเทียบทางคณิตศาสตร์ระหว่างพฤติกรรมของข้อบกพร่องเชิงทอพอโลยีในผลึกเหลวและพฤติกรรมของควิบิตได้ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ในทางทฤษฎีที่จะปฏิบัติต่อ "n-bits" (nematic bits) ตามที่นักวิจัยเรียกมันว่าเหมือนกับว่าเป็น qubits และใช้เพื่อดำเนินการอัลกอริทึมการคำนวณควอนตัมแม้ว่าฟิสิกส์จริงที่ควบคุมพฤติกรรมของพวกเขาสามารถทำได้ จะอธิบายแบบคลาสสิก
นอกเหนือจากการคำนวณแบบคลาสสิก
หรืออย่างน้อย นั่นคือแผน นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่า single n-bits ควรทำงานเหมือนกับ single qubits และด้วยเหตุนี้ single n-bit gates จึงเทียบเท่ากับ single qubit gate ในทางทฤษฎี: "มีเกทอื่นๆ ในการคำนวณด้วยควอนตัมที่ทำงานบนหลาย qubits" Dunkel อธิบาย " และสิ่งเหล่านี้จำเป็นสำหรับการคำนวณควอนตัมสากล นี่เป็นสิ่งที่เราไม่มีในขณะนี้สำหรับประตูคริสตัลเหลว” อย่างไรก็ตาม Dunkel กล่าวว่า "เราสามารถทำสิ่งต่าง ๆ ที่นอกเหนือไปจากการคำนวณแบบดั้งเดิม"
นักวิจัยกำลังดำเนินการตามทฤษฎีต่อไปโดยหวังว่าจะได้ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับการทำแผนที่ทางคณิตศาสตร์ระหว่างหลาย qubits และ n-bit หลายตัว เพื่อให้แน่ใจว่าการเปรียบเทียบนั้นใกล้เคียงกันจริง ๆ แค่ไหน พวกเขายังทำงานร่วมกับนักฟิสิกส์สสารอ่อนที่กำลังพยายามสร้างประตูในห้องปฏิบัติการ “เราหวังว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นในอีก XNUMX-XNUMX ปีข้างหน้า” Dunkel กล่าว
Dunkel และ Kos บรรยายการศึกษาของพวกเขาในบทความใน วิทยาศาสตร์ก้าวหน้า. นักฟิสิกส์ทฤษฎีและการคำนวณ แดเนียล เบลเลอร์ ของ Johns Hopkins University ในสหรัฐอเมริการู้สึกประทับใจมาก: “ฉันชอบบทความนี้มาก” เขากล่าว; “ฉันคิดว่ามันอาจจะสำคัญมาก” เขาสังเกตเห็นข้อเรียกร้องที่ก้าวหน้าสำหรับความสามารถของคอมพิวเตอร์ควอนตัมในการรันอัลกอริธึมโดยใช้ทรัพยากรมากเกินไปหรือนานเกินไปที่จะทำให้เป็นไปได้บนคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกและกล่าวว่า "งานนี้เสนอว่าแนวคิดเหล่านั้นอาจทดสอบได้และคำนวณได้ การเร่งความเร็วสามารถทำได้ในระบบที่ไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่เย็นจัดหรือป้องกันการถอดรหัสควอนตัม” เขาเสริมว่า "เป็นการสาธิตเชิงทฤษฎีและการคำนวณที่ยอดเยี่ยม เพราะฟิสิกส์เป็นหัวใจของวิทยาศาสตร์เชิงทดลอง ต่อไปจึงควรได้รับการตรวจสอบโดยการทดลอง" เขาเตือนเช่นว่า การตระหนักถึงสมมติฐานบางอย่างที่ใช้ในแบบจำลอง เช่น ข้อบกพร่องยังคงอยู่ในขณะที่ผลึกเหลวไหลรอบๆ จะต้อง "พิจารณาการออกแบบบางอย่างในการทดลอง"
