ABD'deki araştırmacılar teorik olarak sıvı kristallerdeki topolojik kusurların matematiksel olarak kuantum bitlerine benzediğini gösterdi. Bu prensibe dayalı bir sistem pratikte uygulanabilirse, kuantum bilgisayarların birçok avantajı klasik bir devrede gerçekleştirilebilir ve pratik kuantum bilgisayarları geliştirmeye çalışanların karşılaştığı önemli zorluklardan kaçınılabilir.
Nematik sıvı kristaller, birbirleriyle hizalanma eğiliminde olan ve hizalaması elektrik alanları tarafından manipüle edilebilen çubuk şeklindeki moleküllerdir. Cep telefonlarında, saatlerde ve diğer elektronik cihazlarda yaygın olarak bulunan görüntüleme sistemlerinde kullanılırlar. Hizalamanın değiştiği nematik sıvı kristallerde topolojik kusurlar meydana gelir. Bu sistemlerin kuantum dünyasına benzerliği bir süredir biliniyordu. 1991 yılında Pierre-Gilles of Gennes Süperiletkenlerin fiziğinin sıvı kristallerdeki kusurlara da uygulanabileceğini fark etmesiyle Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı.
Şimdi, uygulamalı matematikçiler Žiga Kos ve Jörn Dunkel Massachusetts Institute of Technology'den araştırmacılar, nematik sıvı kristallerin yeni bir bilgi işlem platformu olarak yararlı olup olamayacağını inceledi.
Daha yüksek boyutlu durum uzayı
Dunkel, "Hepimiz dijital bilgisayarları biliyoruz ve kullanıyoruz ve çok uzun zamandır insanların sıvı tabanlı bilgisayarlar veya daha fazla bilgi depolayabilmeniz için daha yüksek boyutlu durum alanına sahip kuantum sistemleri gibi alternatif stratejiler hakkında konuştuğunu biliyoruz" diyor. “Ama sonra ona nasıl erişileceği ve nasıl manipüle edileceği sorusu var.”
Google ve IBM, uyumsuzluğu önlemek için kriyojenik sıcaklıklara ihtiyaç duyan süper iletken kuantum bitleri (kübitler) kullanan kuantum bilgisayarlar üretirken, Honeywell ve IonQ, elektrik tuzaklarında iyonlar arasında geçit işlemlerini gerçekleştirmek için ultra kararlı lazerler gerektiren tuzaklanmış iyonlar kullandı. Her ikisi de kayda değer ilerleme kaydetti ve nötr atom kübitleri gibi diğer protokoller, geliştirmenin daha erken aşamalarında. Ancak bunların tümü, sıvı kristal sistemlerde uygulanmayan son derece uzmanlaşmış, hassas protokoller kullanır.
Araştırmacılar, yeni çalışmalarında, fizik farklı olsa da, sıvı kristaldeki topolojik bir kusurun davranışı ile bir kübitin davranışı arasında matematiksel bir benzerlik kurulabileceğini gösteriyor. Bu nedenle, bu "n-bitleri" (nematik bitler) araştırmacıların adlandırdığı gibi, sanki kübitlermiş gibi ele almak ve bunları kuantum hesaplama algoritmalarını yürütmek için kullanmak, davranışlarını yöneten gerçek fizik olsa bile teorik olarak mümkündür. klasik olarak açıklanabilir.
Klasik hesaplamanın ötesinde
Ya da en azından plan bu. Araştırmacılar, tekli n-bitlerin tam olarak tekli kübitler gibi davranması gerektiğini ve bu nedenle tek n-bitlik geçitlerin teorik olarak tekli kübit geçitlerine eşdeğer olduğunu gösterdi: “Kuantum hesaplamada birden fazla kübit üzerinde çalışan başka kapılar da var,” diye açıklıyor Dunkel, “ ve bunlar evrensel kuantum hesaplama için gereklidir. Bunlar şu anda likit kristal kapılar için sahip olmadığımız bir şey.” Yine de Dunkel, "klasik bilgi işlemin ötesine geçen şeyler yapabiliriz" diyor.
Araştırmacılar, analojinin gerçekte ne kadar yakın olduğunu belirlemek için çoklu kübitler ve çoklu n-bitler arasındaki matematiksel eşlemeyi daha iyi anlama umuduyla teorik çalışmalarını sürdürüyorlar. Ayrıca laboratuvarda kapıları oluşturmaya çalışan yumuşak madde fizikçileriyle de çalışıyorlar. Dunkel, “Önümüzdeki bir veya iki yıl içinde bunun olacağını umuyoruz” diyor.
Dunkel ve Kos, çalışmalarını bir makalede anlatıyor: Bilim Gelişmeler. Teorik ve hesaplamalı fizikçi daniel beller ABD'deki Johns Hopkins Üniversitesi'nden ihtiyatlı bir şekilde etkilendi: “Bu makaleyi gerçekten beğendim” diyor; “Potansiyel olarak çok önemli olduğunu düşünüyorum.” Kuantum bilgisayarların, algoritmaları çok fazla kaynak kullanarak veya çok uzun süre kullanarak klasik bir bilgisayarda uygulanabilir kılmak için çalıştırma yetenekleri için geliştirilmiş iddialara dikkat çekiyor ve “bu çalışma, bu kavramların test edilebilir olabileceğini ve bu kavramların hesaplanabilir olabileceğini öne sürüyor. çok düşük sıcaklıklara bağlı olmayan veya kuantum uyumsuzluğunu önlemeyen bir sistemde elde edilebilecek hızlanmalar”. “Fizik özünde deneysel bir bilim olduğundan, daha sonra deneyle kontrol edilmesi gerektiğinin harika bir teorik ve hesaplamalı gösterimi” diye ekliyor. Örneğin, sıvı kristal etraflarında akarken kusurların sabit kalması gibi modelde kullanılan bazı varsayımların gerçekleştirilmesinin "deneylerde bazı tasarım değerlendirmeleri" gerektireceği konusunda uyarıyor.
