新しい量子コンピューターが初めて二進法を解読、情報はカルシウム原子に保存される

数十年にわたり、バイナリはコンピュータ計算の基礎でしたが、量子コンピュータの場合、バイナリ システムはその真の可能性を妨げてきました。最近、オーストリアのインスブルック大学の科学者チームは、バイナリ計算モードを突破し、いわゆる「量子数」を使用して計算を実行する新しいタイプの量子コンピューターを実現しました。これにより、より少ない量子でより多くの量子コンピューターをリリースできるようになりました。粒子、多くの計算能力。

研究者らは、量子ビットを使用して計算を実行することで、カルシウム原子の可能性を最大限に活用する量子コンピューターを開発しました。研究によると、古典的なコンピューティングとは異なり、より多くの量子状態を使用してもコンピューターの信頼性は低下しないことがわかっています。

#コンピューターは 0 と 1、つまりバイナリ情報を使用して計算を実行することは誰もが知っています。 このモデルは非常に成功し、現在ではコンピューターがコーヒーマシンから自動運転車に至るまであらゆるものに動力を供給しており、コンピューターなしの生活を想像するのは困難です。
この成功に基づいて、今日の量子コンピューターもバイナリ情報処理を念頭に置いて設計されています。 「しかし、量子コンピューターは単なる 0 と 1 だけで構成されているわけではありません」と、インスブルック大学が発表した声明の中で実験物理学者のマーティン・リングバウアー氏は説明した。 「バイナリ系に限定すると、これらのデバイスは真の可能性を発揮できなくなります。」

量子物理学者マーティン・リングバウアー実験室。

インスブルック大学実験物理学科のトーマス・モンツ率いるチームは、いわゆる「量子数」を使用できる量子コンピューターの開発に成功しました。 qudits) を使用して任意の計算を実行し、より少ない量子粒子でより多くの計算能力を解放します。この研究は最近、Nature Physics () 誌に掲載されました。

(量子コンピューターは、いわゆる量子数、つまり量子ビットを使用して任意の計算を実行できます。これにより、より少ない量子粒子能力でより多くの計算を解放できます。量子ビットは量子コンピューターの基本単位であり、量子コンピューティングでは古典的なコンピューティングの 2 進数に対応します。量子ビットは電子や光子などの量子システムで構成されます。)

真新しい量子システム

情報を 0 と 1 に保存することは、最も効率的な計算方法ではありませんが、最も簡単です。また、単純さは一般に、信頼性が高く、エラーに対して堅牢であることも意味するため、バイナリ情報は古典的なコンピュータの非の打ち所のない標準となっています。

インスブルック量子コンピューターは、捕捉された個々のカルシウム原子に情報を保存し、それぞれに 8 つの状態があります。科学者は、そのうちの 7 つを使用しました。計算のための状態。

量子の世界では、状況は大きく異なります。たとえば、インスブルックの量子コンピューターでは、情報はトラップされた個々のカルシウム原子に保存されます。これらの原子にはそれぞれ 8 つの異なる状態があり、通常、情報の保存に使用されるのは 2 つだけです。実際、既存のほぼすべての量子コンピューターは、計算に使用される量子状態よりもさらに多くの量子状態に到達できます。

研究者らは実験で、40Ca イオントラップチェーンのネイティブ階層構造を使用するユニバーサル Qudit イオントラップ量子プロセッサ (TIQP) を実証しました。実験によると、各 40Ca イオンは本質的に、高度に接続されたヒルベルト空間を備えた 8 つのエネルギー準位を持つ Qudit をサポートしています。

40Ca イオンのエネルギー準位図。量子情報は S1/2 および D5/2 状態でエンコードされ、S と D 間の各遷移には 729nm の単一の狭帯域レーザーを使用してアクセスできます。

非常に自然なアプリケーション

この新しい量子コンピューターは、qudits を使用した計算により、これらの原子の可能性を最大限に活用できます。古典的なケースとは対照的に、より多くの状態を使用しても、コンピューターの信頼性が低下することはありません。 「量子システムには当然 3 つ以上の状態があり、それらを同等にうまく制御できることを示しました」とトーマス モンツ氏は述べています。

一方で、物理学、化学、材料科学の問題など、量子コンピューターを必要とする多くのタスクも、自然に量子ビットの言語で表現されます。それらを量子ビットで書き直すことは、今日の量子コンピューターにとっては単純に複雑すぎます。 「量子コンピューターだけでなく、そのアプリケーションでも 0 と 1 より多くの値を使用するのはごく自然なことです。これにより、量子システムの真の可能性を解き放つことができます」と Martin Ringbauer 氏は説明します。

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