Ученые открыли новое квантовое состояние материи

23 Апреля 2017 в 9:00, Николай Хижняк 18 732 просмотра 12

Физики кафедры квантовой информации и материи Калифорнийского технологического института обнаружили новое состояние материи – трехмерные жидкие квантовые кристаллы. Открытие обещает прогресс в разработке технологий сверхбыстрых квантово-компьютерных вычислений и, по мнению ученых, является «лишь вершиной айсберга».

Частицы обычных жидких квантовых кристаллов обладают фазой свободного движения (так как это все же жидкость), но при этом имеют некоторые характеристики, свойственные твердым веществам. Жидкие кристаллы можно создавать искусственным путем (их легко встретить в нашем быту, например, во всех дисплеях электронных устройств) либо найти в природе, где они формируют биологические клеточные мембраны.

Жидкие квантовые кристаллы были впервые обнаружены в 1999 году. Их частицы в основном ведут себя как частицы обычных жидких кристаллов, однако их электроны, как правило, ориентированы вдоль определенных осей. Электроны трехмерных жидких квантовых кристаллов, в свою очередь, могут обладать разными магнитными свойствами в зависимости от направления их движения вдоль заданной оси. С практической точки зрения это означает, что электрификация материала на их основе позволят превратить его в магнит или изменить силу или направление его магнетизма.

Благодаря такой особенности, по мнению исследователей, трехмерные жидкие квантовые кристаллы могут найти свое применение при разработке и производстве более эффективных компьютерных чипов. Открытие трехмерных жидких квантовых кристаллов также сократит путь к началу производства полноценных квантовых компьютеров, способных гораздо быстрее расшифровывать код и гораздо быстрее выполнять вычислительные операции благодаря квантовой природе частиц.

Создание квантового компьютера по-прежнему является чрезвычайно трудоемкой задачей ввиду самой специфики квантовых эффектов, которые весьма непостоянны. Квантовые состояния можно легко изменить или даже разрушить с помощью их простого взаимодействия с окружающей их средой. Эту проблему можно решить с помощью метода, требующего использования специальных материалов – топологических сверхпроводников. И именно здесь на главную роль могут претендовать трехмерные жидкие квантовые кристаллы.

«Тем же образом, как в свое время двумерные жидкие квантовые кристаллы рассматривались в качестве предвестников появления высокотемпературных сверхпроводников, трехмерные жидкие квантовые кристаллы рассматриваются предвестниками появления топологических сверхпроводников, которые мы все так ждем», — комментирует доцент физики Калтеха и один и участников исследования Дэвид Се.

«Вместо того чтобы полагаться на интуицию при разработке топологических сверхпроводников, у нас теперь есть рациональная основа в виде трехмерных жидких квантовых кристаллов», — добавляет Джон Хартер, ведущий автор исследования и автор пресс-релиза, опубликованного в научном журнале Science.

«Топологические сверхпроводники – наша следующая цель на повестке дня», — подытоживает Хартер.

Ученые открыли новое квантовое состояние материи

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

12 комментариев

  1. 4loveK

    Пока что квантовые компютеры на уровне дешифровальной машины второй мировой "bombe" ,может как и та выполнять только простейшие задачи хоть и очень быстро (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • nim_cch

      Пока она есть только в фантазиях квантовых ученых. Еще ни одного квантового компьютера не сделали.

      • 4loveK

        Добро пожаловать в реальность , человек из 90х , читай медленно а то мозг взорвется

        Канадская компания D-Wave Systems (англ.)с 2007 года заявляла о создании различных вариантов квантового компьютера: 16 кубит — Orion[26][27], 28 кубит в ноябре 2007[28], D-Wave One (англ.) с 128-кубитным чипом в мае 2011[29], процессор Vesuvius на 512 кубитов в конце 2012 года[30], более 1000 кубит в июне 2015[31]. Компания получала инвестиции из множества источников, например 17 млн долларов США в январе 2008 года[32], также проводилисьраспределённые вычисления AQUA@home(Adiabatic QUantum Algorithms)[33] для тестирования алгоритмов оптимизации для адиабатических сверхпроводящих квантовых компьютеров D-Wave.

        Компьютеры D-Wave работают на принципе квантовой релаксации(квантовый отжиг), могут решать крайне ограниченный подкласс задач оптимизации, и не подходят для реализации традиционных квантовых алгоритмов и квантовых вентилей[34](Quantum Annealing[35]).

        D-Wave демонстрировала решение на своих компьютерах некоторых задач, например, распознавания образов (8 декабря 2009 года на конференцииNIPS (англ.) при участии Hartmut Neven (англ.)[36], исследования трехмерной формы белка по известной последовательности аминокислот (август 2012)[37].

        Рабочая температура сверхпроводниковых чипов в аппаратах D-Wave составляет около 20 мкК, имеется тщательное экранирование от внешних электрических и магнитных полей[38][39].

        С 20 мая 2011 года D-Wave Systemsпродаёт за 11 млн долларов квантовый компьютер D-Wave One (128 кубит), который решает только одну задачу —дискретную оптимизацию[40]. Среди заказчиков D-Wave — Lockheed Martin (с мая 2011 года), контракт касается выполнения сложных расчетов на квантовых процессорах и включает в себя техническое обслуживание квантового компьютера D-Wave One[41].

        В то же время, квантовые компьютеры D-Wave Systems подвергаются критике со стороны некоторых исследователей. Так, доцент (associate professor) Массачусетского Технологического Института Скотт Ааронсон считает, что D-Wave пока не смогла доказать ни того, что её компьютер решает какие-либо задачи быстрее, чем обычный компьютер, ни того, что используемые 128 кубитов удается ввести в состоянии квантовой запутанности. Если же кубиты не находятся в запутанном состоянии, то это не квантовый компьютер[42].

        В мае 2013 года профессор Amherst Collegeиз канадской провинции Новая Шотландия Катерина МакГью (Catherine McGeoch) объявила о своих результатах сравнения компьютера D-Wave One на процессоре Vesuvius с традиционным компьютером с микропроцессором Intel. В первом тесте одну из задач класса QUBO, хорошо подходящую для структуры процессора, компьютер D-Wave Oneвыполнил за 0,5 секунды, в то время как компьютеру с процессором Intelпотребовалось 30 мин (выигрыш по скорости 3600 раз). Во втором тесте требовалась специальная программа для «перевода» задачи на язык компьютера D-Wave и скорость вычислений двух компьютеров была примерно равной. В третьем тесте, в котором также требовалась программа «перевода», компьютер D-Wave One за 30 минут нашёл решение 28 из 33 заданных задач, в то время как компьютер на процессоре Intelнашёл решение только для 9 задач[43].

        В январе 2014 года учёные D-Wave опубликовали статью, в которой сообщается, что с помощью метода кубитовой туннельной спектроскопии[44]ими было доказано наличие квантовой когерентности и запутанности между отдельными подгруппами кубитов (размером 2 и 8 элементов) в процессоре во время проведения вычислений[45].

        В декабре 2015 года специалисты компании Google подтвердили, что согласно их исследованию компьютер D-Wave использует квантовые эффекты. При этом в «1000-кубитном» компьютере кубиты в действительности организованы в кластеры по 8 кубит каждый. Тем не менее, это позволило добиться быстродействия в 100 млн раз больше (по сравнению с обычным компьютером) в одном из алгоритмов.[46]

        См. также


        (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  2. heh

    хорошо, что на информационную ценность материала это никак не повлияло (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  3. ereke

    Ужасный бред! "трехмерные жидкие квантовые кристаллы" дальше можно не читать. В природе не бывает двумерного ничего. "Жидкие" это относится к макромиру. В микромире это вообще понятие чепуха. Кристаллы - это структура материалов, а никак не квантов. Откуда такое появляется в прессе?

    • spl44

      Действительно сложно для восприятия. По-больше бы информациио природе данного состояния вещества. Правдоподобности данному открытию бесспорно добавляет аббревиатура КалТех. Однако все-равно не понятно как, даже в величинах квантового мира, могут быть "двухмерные" и "трехмерные" состояния вещества.

    • Strike529

      Гугли квантовая жидкость.

  4. spl44

    Но за новость бесспорно спасибо, Хай-Ньюс.

  5. Admin

    "Частицы обычных жидких квантовых кристаллов обладают фазой свободного движения"
    Что значит обычных? А какие еще бывают жидкие квантовые кристаллы? Оо (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  6. botan

    O! Я когда покупал телик, остановился на Quantum Dot _ не простая матрица.
    9 series samsung - oled не брал (срок службы мал, а это все ниже серии), а о Qled ещё не было упоминаний. Хотя там 3 технологии Оled, Qled и ещё одна AMOLED.
    Жидкие квантовые кристаллы - они самые. HDR появился позже причём это программная вещь. Обновление ПО на ТВ и эта HDR работает.....

  7. Taras-proger

    Ничего не понял.

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.