การจำลองกระบวนการทางเคมีเป็นหนึ่งในแอปพลิเคชันที่มีแนวโน้มดีที่สุดของคอมพิวเตอร์ควอนตัม แต่ปัญหาเกี่ยวกับเสียงรบกวนทำให้ระบบควอนตัมที่ตั้งขึ้นใหม่ไม่สามารถทำงานได้ดีกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไปในงานดังกล่าว ขณะนี้ นักวิจัยได้ก้าวไปสู่เป้าหมายนี้โดยใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทรงพลังที่สุดที่ถูกสร้างขึ้นเพื่อใช้โปรโตคอลในการคำนวณโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของโมเลกุลได้สำเร็จ
ผลลัพธ์
อาจเป็นพิมพ์เขียวสำหรับการคำนวณที่ซับซ้อนและมีประโยชน์บนคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ได้รับผลกระทบจากเสียงรบกวน ในเดือนตุลาคม 2019 ได้ประกาศอย่างยิ่งใหญ่ว่าคอมพิวเตอร์ ขนาด 53 คิวบิตของตนได้รับข้อได้เปรียบทางควอนตัม ซึ่งหมายความว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถแก้ปัญหาอย่างน้อย
หนึ่งปัญหาได้เร็วกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ทั่วไป อย่างไรก็ตาม นักวิจัยของ Google ยอมรับอย่างเปิดเผยว่าปัญหาที่ แก้ไขได้ (การสุ่มตัวอย่างผลลัพธ์ของวงจรควอนตัมแบบสุ่ม) นั้นเป็นเรื่องง่ายสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม แต่ยากสำหรับซูเปอร์คอมพิวเตอร์ทั่วไป และใช้งานได้จริงเพียงเล็กน้อย
สิ่งที่นักวิจัยต้องการทำจริงๆ คือการใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อแก้ปัญหาที่เป็นประโยชน์อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าที่เป็นไปได้กับคอมพิวเตอร์ทั่วไป: “ สามารถตั้งโปรแกรมได้อย่างมาก และโดยหลักการแล้ว คุณสามารถเรียกใช้อัลกอริทึมใดๆ บนมันได้… ในแง่นี้ มันคือควอนตัมสากล คอมพิวเตอร์”
Ryan Babbushสมาชิกในทีมจาก Google Research อธิบาย “อย่างไรก็ตาม มีข้อแม้อยู่มาก: ยังคงมีสัญญาณรบกวนที่ส่งผลกระทบต่ออุปกรณ์ และด้วยเหตุนี้เรายังมีขนาดของวงจรจำกัดที่เราสามารถนำไปใช้ได้” เสียงดังกล่าวซึ่งเป็นผลมาจากแหล่งกำเนิดดั้งเดิม เช่น การรบกวนจากความร้อน
สามารถทำลายการซ้อนทับที่เปราะบางซึ่งมีความสำคัญต่อการคำนวณควอนตัมได้: “เราสามารถใช้วงจรสากลที่สมบูรณ์ได้ก่อนที่เสียงรบกวนจะตามมาและทำลายการคำนวณในที่สุด” Babbush กล่าว
ขั้นตอน ในการวิจัยครั้งใหม่นี้ ทีมงานได้ใช้ เพื่อดำเนินการตามขั้นตอน ซึ่งเป็นวิธีการ
ที่ได้รับ
การยอมรับอย่างดีในการคำนวณโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของระบบโมเลกุล และนำไปใช้กับการทำไอโซเมอไรเซชันของไดอะซีน สิ่งนี้ซับซ้อนกว่าการจำลองบนคอมพิวเตอร์ควอนตัมก่อนหน้านี้อย่างเห็นได้ชัด โดยเพิ่มจำนวนสูงสุดของ qubits ที่ใช้จาก 6 เป็น 12
แต่ละ qubit ที่ต่อเนื่องกันทำให้เกิดสัญญาณรบกวนเพิ่มเติม: “คุณต้องดำเนินการลดข้อผิดพลาดบางประเภท” กล่าว “วิธีสุดโต่ง – และนี่คือสิ่งที่ทีม Google กำลังดำเนินการ คือการสร้างข้อผิดพลาดที่ได้รับการแก้ไข คอมพิวเตอร์ควอนตัม ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนการคำนวณควอนตัมเป็นการคำนวณ
ควอนตัมแบบดิจิทัล และแก้ไขข้อผิดพลาดใดๆ ที่เกิดขึ้นระหว่างทาง” อย่างไรก็ตาม ในกรณีที่ไม่มีสิ่งนี้ Rubin ได้พัฒนาเทคนิคการลดข้อผิดพลาดทางคณิตศาสตร์ซึ่งทำให้สามารถระบุและละทิ้งสัญญาณรบกวนได้ การใช้เทคนิคนี้และเทคนิคอื่นๆ อธิบายว่า นักวิจัยสามารถ “ลดอัตราความผิดพลาดของ
ผ่านการสอบเทียบ แล้วใช้การลดข้อผิดพลาดด้วยอัลกอริทึมเพื่อดู ในกรณีนี้ เคมีที่มีความเที่ยงตรงสูง” ผลลัพธ์ของพวกเขาตรงกับผลลัพธ์จากคอมพิวเตอร์ทั่วไป การจำลองที่ซับซ้อนมากขึ้นแดกดันโครงสร้างที่ทำนายโดยขั้นตอน อย่างง่ายสำหรับโมเลกุลนี้ไม่สอดคล้องกับการวัดในห้องแล็บ
แต่อธิบายว่า “ข้อบกพร่องที่น่าสังเกต” ของขั้นตอน สำหรับการทำนายโครงสร้างนั้นไม่เกี่ยวข้อง “แน่นอนว่าเราต้องการสร้างการจำลองที่ซับซ้อนมากขึ้นบนนั้น” เขากล่าว “แต่แม้แต่สิ่งเหล่านั้นก็จะใช้รูทีนย่อยที่เราพัฒนาขึ้นที่นี่เพื่อเป็นฐานก้าว” ไม่ว่าจะมีการปรับปรุงเพิ่มเติมหรือไม่ก็ตาม
ก็จะพิสูจน์ได้ว่าสามารถแก้ปัญหาที่ยากจะแก้ไขได้แบบคลาสสิกในเคมีควอนตัมที่เรียกว่า “คอมพิวเตอร์ควอนตัมระดับกลางที่มีเสียงดัง” (NISQ) โดยใช้การลดข้อผิดพลาดควอนตัมยังไม่ทราบ: “การลดข้อผิดพลาดจะนำคุณไปเท่านั้น จนถึงตอนนี้” แบบบุชกล่าว “เมื่อถึงจุดหนึ่ง สิ่งที่คุณจะได้รับคือเสียงรบกวน
นักเคมีควอนตัมและนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ แห่งมหาวิทยาลัยโตรอนโตในแคนาดากล่าวว่า “งานนี้ผลักดันเข็มในการคำนวณควอนตัมสำหรับเคมี” “มันแสดงให้เห็นอย่างซื่อตรงว่าทุกวันนี้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถทำอะไรได้บ้างในอุปกรณ์ เปรียบเทียบสิ่งนี้กับสิ่งที่พวกเขาสามารถทำได้
เมื่อสองสามปีก่อน และความก้าวหน้านั้นไม่ธรรมดา นอกจากนี้ยังควรกล่าวว่ายังมีช่องว่างขนาดใหญ่สำหรับการปรับปรุงฮาร์ดแวร์และเทคนิคอัลกอริทึมที่ชาญฉลาด”“เราอยู่ในยุคของ NISQ นี้” แบร์รี แซนเดอร์ นักวิทยาศาสตร์ข้อมูลควอนตัมแห่งมหาวิทยาลัยคาลการีของแคนาดากล่าว
“ฉันซาบซึ้ง
ผลลัพธ์สำหรับพื้นผิวที่มีโครงสร้างนาโนยืนยันประสิทธิภาพการป้องกันไอซิ่งที่โดดเด่นเมื่อเทียบกับพื้นผิวควบคุม นักวิจัยยังกล่าวด้วยว่าลักษณะที่ไม่ชอบน้ำของชั้นพาราฟินได้พิสูจน์ให้เห็นถึงประสิทธิภาพของโครงสร้างใหม่ทั้งในการทดลองแบบคงที่ (หยดน้ำ) และแบบไดนามิก (ฝนเยือกแข็ง)
การถ่ายเทความร้อนล่าช้า นักวิจัยเลือกพาราฟินเป็นวัสดุเคลือบเนื่องจากไม่ซับน้ำและมีค่าการนำความร้อนต่ำ เมื่อพาราฟินเคลือบด้านบนของซับสเตรตควอตซ์ที่มีโครงสร้างระดับนาโน ซับสเตรตจะถูกแยกออกจากสภาพแวดล้อม ป้องกันไม่ให้ความร้อนถูกถ่ายเทออกไป ช่องอากาศที่ติดอยู่ภายใน
โครงสร้างนาโนมีส่วนทำให้การถ่ายเทความร้อนล่าช้าเช่นกัน อธิบาย พร้อมเสริมว่าฉนวนพิเศษนี้ยังเพิ่มเวลาการแช่แข็งของหยดน้ำที่ติดอยู่ด้วย เช่นเดียวกับการใช้งานป้องกันน้ำแข็งในอุตสาหกรรมและการขนส่ง วัสดุพาราฟินเคลือบโครงสร้างนาโนที่ไม่ชอบน้ำยิ่งยวดอาจเหมาะสำหรับการใช้งาน
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
