Computer quantistico Lukin. La Russia ha creato il computer quantistico più potente del mondo. Cosa ha fatto il nostro lukin? fermò il raggio di luce

Quando si tratta di eccezionali scienziati russi, molti ricordano gli eroi del passato: Mendeleev, Pavlov o Landau, dimenticando che tra i nostri contemporanei ci sono molti ricercatori eccezionali. Di giorno Scienza russa"Attico" ha raccolto i nomi di coloro che hanno fatto scoperte significative già nel 21° secolo.

Fisica

Andrea Gioco. Foto: ITAR-TASS / Stanislav Krasilnikov

Nel nuovo millennio premio Nobel in fisica è andato da scienziati di lingua russa tre volte, anche se solo nel 2010, per una scoperta fatta nel 21 ° secolo. laureati MIPT Andrey gioco e Costantino Novoselov Nel laboratorio dell'Università di Manchester, per la prima volta, sono stati in grado di ottenere un cristallo di carbonio bidimensionale stabile: il grafene. È un film di carbonio molto sottile, spesso un atomo, che, grazie alla sua struttura, ha molte proprietà interessanti: eccellente conduttività, trasparenza, flessibilità e resistenza molto elevata. Per il grafene si trovano costantemente nuovi e nuovi campi di applicazione, ad esempio nella microelettronica: da esso vengono creati display flessibili, elettrodi e celle solari.

Michele Lukin. Foto: ITAR-TASS / Denis Vyshinsky

Un altro laureato all'Istituto di fisica e tecnologia di Mosca e ora professore di fisica all'Università di Harvard Michele Lukin , ha fatto l'apparentemente impossibile: ha fermato la luce. Per questo, lo scienziato ha utilizzato vapore di rubidio superraffreddato e due laser: quello di controllo rendeva il mezzo conduttivo per la luce e il secondo fungeva da sorgente di un breve impulso luminoso. Quando il laser di controllo è stato spento, le particelle dell'impulso luminoso hanno smesso di lasciare il mezzo, come se si fermassero in esso. Questo esperimento è stato una vera svolta nella creazione di computer quantistici, macchine di un tipo completamente nuovo che possono eseguire contemporaneamente un numero enorme di operazioni. Lo scienziato ha continuato la ricerca in quest'area e nel 2012 il suo gruppo ad Harvard ha creato il qubit più longevo dell'epoca, l'elemento più piccolo per la memorizzazione di informazioni in un computer quantistico. E nel 2013, Lukin ha ricevuto per la prima volta materia fotonica, una specie di sostanza, costituita non solo da atomi, ma da particelle di luce, fotoni. Si prevede anche di essere utilizzato per l'informatica quantistica.

Yuri Oganesyan (al centro) con Georgy Flerov e Konstantin Petrzhak. Foto dall'archivio elettronico JINR

Gli scienziati russi nel 21° secolo hanno ampliato significativamente la tavola periodica. Ad esempio, nel gennaio 2016 sono stati aggiunti elementi con i numeri 113, 115, 117 e 118, tre dei quali sono stati ottenuti per la prima volta presso il Joint Institute for Nuclear Research (JINR) di Dubna sotto la guida dell'Academician of the Russian Academy of Scienze Yuri Oganesyan . Ha anche l'onore di scoprire una serie di altri elementi superpesanti e le reazioni della loro sintesi: elementi più pesanti dell'uranio non esistono in natura - sono troppo instabili, quindi vengono creati artificialmente negli acceleratori. Inoltre, Oganesyan ha confermato sperimentalmente che esiste una cosiddetta "isola di stabilità" per gli elementi superpesanti. Tutti questi elementi decadono molto rapidamente, ma prima in teoria, e poi sperimentalmente, è stato dimostrato che tra loro dovrebbero esserci quelli la cui vita supera significativamente la vita dei loro vicini nella tabella.

Chimica

Artem Oganov. Foto da archivio personale

Chimico Artem Oganov , capo dei laboratori negli Stati Uniti, Cina e Russia, e ora anche professore allo Skolkovo Institute of Science and Technology, ha realizzato un algoritmo che permette a un computer di ricercare sostanze con proprietà predeterminate, anche impossibili dal punto di vista della chimica classica. Il metodo sviluppato da Oganov ha costituito la base del programma USPEX (che recita come Parola russa"successo"), ampiamente utilizzato in tutto il mondo ("Attico" in dettaglio). Con il suo aiuto sono stati scoperti nuovi magneti e sostanze in cui possono esistere condizioni estreme ad esempio ad alta pressione. Si presume che tali condizioni possano esistere su altri pianeti, il che significa che le sostanze previste da Oganov sono lì.

Valery Fokin. Cluster biofarmaceutico "Severny"

Tuttavia, è necessario non solo simulare sostanze con proprietà predeterminate, ma anche crearle nella pratica. Per fare ciò, nel 1997 è stato introdotto un nuovo paradigma in chimica, la cosiddetta chimica del clic. La parola “clic” imita il suono di un chiavistello, perché è stato introdotto un nuovo termine per le reazioni che devono, in qualsiasi condizione, combinare piccoli costituenti nella molecola desiderata. All'inizio, gli scienziati erano scettici sull'esistenza di una reazione miracolosa, ma nel 2002 Valery Fokin , laureato a Nizhny Novgorod Università Statale intitolato a Lobachevsky, che ora lavora allo Scripps Institute in California, scoprì un tale "fermo molecolare": è costituito da azide e alchino e funziona in presenza di rame in acqua con acido ascorbico. Con l'aiuto di questa semplice reazione, è possibile combinare tra loro composti completamente diversi: proteine, coloranti, molecole inorganiche. Tale sintesi "a clic" di sostanze con proprietà precedentemente note è principalmente necessaria per la creazione di nuovi farmaci.

Biologia

Evgenij Kunin. Foto dall'archivio personale dello scienziato

Tuttavia, per curare una malattia, a volte è necessario non solo neutralizzare un virus o un batterio, ma anche correggere i propri geni. No, questa non è una trama per un film di fantascienza: gli scienziati hanno già sviluppato diversi sistemi di "forbici molecolari" in grado di modificare il genoma (maggiori informazioni sulla straordinaria tecnologia nell'articolo di Attic). Il più promettente tra questi è il sistema CRISPR/Cas9, che si basa sul meccanismo di protezione contro i virus che esiste nei batteri e negli archaea. Uno dei ricercatori chiave di questo sistema è il nostro ex connazionale Evgenij Kunin , che collabora da molti anni con il National Center for Biotechnology Information degli Stati Uniti. Oltre ai sistemi CRISPR, lo scienziato è interessato a molte questioni di genetica, biologia evolutiva e computazionale, quindi non a caso il suo indice di Hirsch (l'indice di citazione degli articoli di uno scienziato, che riflette quanto la sua ricerca sia richiesta) ha superato 130 - questo è un record assoluto tra tutti gli scienziati di lingua russa.

Vyacheslav Epshtein. Foto della Northwestern University

Tuttavia, il pericolo oggi è fornito non solo dai danni al genoma, ma anche dai microbi più comuni. Il fatto è che negli ultimi 30 anni non è stato creato un solo nuovo tipo di antibiotici e i batteri stanno gradualmente diventando immuni a quelli vecchi. Fortunatamente per l'umanità, nel gennaio 2015 un gruppo di scienziati della US Northeastern University ha annunciato la creazione di un agente antimicrobico completamente nuovo. Per fare ciò, gli scienziati si sono rivolti allo studio dei batteri del suolo, che in precedenza erano stati considerati impossibili da coltivare in laboratorio. Per aggirare questa barriera, un impiegato della Northeastern University, laureato all'Università statale di Mosca Vyacheslav Epshtein Insieme a un collega, ha sviluppato un chip speciale per la coltivazione di batteri recalcitranti proprio sul fondo dell'oceano - in modo così astuto, lo scienziato ha aggirato il problema dell'aumento del "capriccio" dei batteri che non volevano crescere in una capsula di Petri. Questa tecnica ha costituito la base di un ampio studio, che ha prodotto l'antibiotico teixobactin, che può far fronte sia alla tubercolosi che allo Staphylococcus aureus.

Matematica

Grigory Perelman. Foto: George M. Bergman - Mathematisches Institut Oberwolfach (MFO)

Anche persone molto lontane dalla scienza hanno probabilmente sentito parlare di matematica da San Pietroburgo Grigory Perelman . Nel 2002-2003 ha pubblicato tre articoli che dimostrano la congettura di Poincaré. Questa ipotesi appartiene alla branca della matematica chiamata topologia e spiega le proprietà più generali dello spazio. Nel 2006 la dimostrazione è stata accettata dalla comunità matematica, e la congettura di Poincaré è stata così la prima ad essere risolta tra i cosiddetti Seven Millennium Problems. Questi includono problemi matematici classici le cui prove non sono state trovate per molti anni. Per la sua prova, Perelman ha ricevuto il Fields Prize, spesso indicato come il Premio Nobel per i matematici, così come il Millennium Prize del Clay Mathematical Institute. Lo scienziato ha rifiutato tutti i premi, che hanno attirato l'attenzione del pubblico lontano dalla matematica.

Stanislav Smirnov. Foto: ITAR-TASS / Yuri Belinsky

Lavora presso l'Università di Ginevra Stanislav Smirnov nel 2010 ha vinto anche la Medaglia Fields. Il premio più prestigioso nel mondo matematico è stata la sua dimostrazione dell'invarianza conforme della percolazione bidimensionale e del modello di Ising in fisica statistica - questa cosa dal nome impronunciabile è usata dai teorici per descrivere la magnetizzazione di un materiale ed è usata nella sviluppo di computer quantistici.

Andrej Okunkov. Foto: Radio Libertà

Perelman e Smirnov sono rappresentanti della Scuola di Matematica di Leningrado, diplomati della famigerata Scuola n. 239 e della Facoltà di Matematica e Meccanica dell'Università statale di San Pietroburgo. Ma c'erano anche moscoviti tra i candidati al premio Nobel per la matematica, ad esempio un professore alla Columbia University che ha lavorato per molti anni negli Stati Uniti, laureato alla Moscow State University Andrey Okunkov . Ha ricevuto la Medaglia Fields nel 2006, contemporaneamente a Perelman, per i risultati che collegano la teoria della probabilità, la teoria della rappresentazione e la geometria algebrica. In pratica, il lavoro di Okounkov di vari anni ha trovato applicazione sia nella fisica statistica per descrivere le superfici dei cristalli sia nella teoria delle stringhe, un campo della fisica che tenta di combinare i principi della meccanica quantistica e della teoria della relatività.

Storia

Petr Turchin. Una foto: Università della Tecnologia Stevens

Una nuova teoria all'incrocio tra matematica e umanistiche proposto Petr Turchin . Sorprendentemente, lo stesso Turchin non è né un matematico né uno storico: è un biologo che ha studiato all'Università statale di Mosca e ora lavora all'Università del Connecticut e studia le popolazioni. I processi della biologia delle popolazioni si sviluppano in un lungo periodo di tempo e per la loro descrizione e analisi è spesso necessario costruire modelli matematici. Ma la modellazione può essere utilizzata anche per comprendere meglio i fenomeni sociali e storici nella società umana. Questo è esattamente ciò che ha fatto Turchin nel 2003, chiamando il nuovo approccio cliodinamica (a nome della musa della storia, Clio). Utilizzando questo metodo, lo stesso Turchin ha stabilito cicli demografici "secolari".

Linguistica

Andrej Zaliznyak. Foto: Mitrius/wikimedia

Ogni anno a Novgorod, così come in alcune altre antiche città russe, come Mosca, Pskov, Ryazan e persino Vologda, si trovano sempre più nuove lettere di corteccia di betulla, la cui età risale all'XI-XV secolo. In essi puoi trovare corrispondenza personale e ufficiale, esercizi per bambini, disegni, battute e persino messaggi d'amore: "Attico" sulle più divertenti iscrizioni russe antiche. La lingua viva delle lettere aiuta i ricercatori a comprendere il dialetto di Novgorod, così come la vita della gente comune e la storia della Russia. Il più famoso ricercatore di corteccia di betulla è, ovviamente, un accademico dell'Accademia delle scienze russa Andrej Zaliznyak : non per niente le sue conferenze annuali sulle lettere ritrovate e sulla decifrazione di quelle antiche sono piene di un'aula piena di gente.

Climatologia

Vasily Titov. Foto da noaa.gov

La mattina del 26 dicembre 2004, nel giorno del tragico tsunami in Indonesia, che, secondo varie stime, ha causato la morte di 200-300 mila persone, un laureato della NSU che lavora presso lo Tsunami Research Center presso il National Oceanic e Amministrazione dell'atmosfera a Seattle (USA) Vasily Titov svegliato famoso. E questa non è solo una figura retorica: dopo aver appreso del terremoto più forte che si è verificato nell'Oceano Indiano, lo scienziato, prima di coricarsi, ha deciso di eseguire un programma di previsione delle onde di tsunami sul computer e ne ha pubblicato i risultati in rete. La sua previsione si è rivelata molto accurata, ma, sfortunatamente, è stata fatta troppo tardi e quindi non ha potuto prevenire vittime umane. Ora il programma di previsione dello tsunami PIÙ GRANDE sviluppato da Titov è utilizzato in molti paesi del mondo.

Astronomia

Costantino Batygin. Foto da caltech.edu

A gennaio 2016, un'altra notizia ha sconvolto il mondo: nella nostra nativa sistema solare. Uno degli autori della scoperta è nato in Russia Costantino Batygin dell'Università della California. Dopo aver studiato il movimento di sei corpi spaziali, situato oltre l'orbita di Nettuno - l'ultimo dei pianeti attualmente riconosciuti, gli scienziati utilizzando calcoli hanno dimostrato che a una distanza sette volte maggiore della distanza da Nettuno al Sole, deve esserci un altro pianeta in orbita attorno al Sole. La sua dimensione, secondo gli scienziati, è 10 volte il diametro della Terra. Tuttavia, per essere finalmente convinti dell'esistenza di un gigante lontano, è ancora necessario vederlo con un telescopio.

Di recente, il gruppo di fisici di Harvard Mikhail Lukin è riuscito a creare, in effetti, una parvenza di una sostanza che non consiste di atomi, ma di quanti di luce. Questa scoperta fondamentale - prima si discuteva solo teoricamente della possibilità della materia fotonica - ha una diretta uso pratico: sulla base di fotoni interagenti, è possibile creare logiche computazionali per computer quantistici. Finora si tratta di un lontano futuro, ma il gruppo di Lukin sta già lavorando alla creazione di dispositivi di comunicazione per sistemi di comunicazione assolutamente sicuri.

Mikhail Lukin è professore all'Università di Harvard e capo part-time dell'International Advisory Board del Russian Quantum Center. È uno dei fisici più citati Origine russa. Il suo gruppo è impegnato non solo nella ricerca fondamentale della fotonica, ma anche nelle sue applicazioni tecnologiche. E non solo nel campo delle comunicazioni quantistiche o dell'informatica quantistica, ma anche nell'applicazione alla medicina: quest'estate il gruppo di Lukin ha creato il diamante, con il quale è possibile uccidere in modo selettivo e controllabile le cellule tumorali. Lenta.ru ha parlato con uno scienziato di come una nuova scoperta può avvicinare l'emergere di computer quantistici a tutti gli effetti, è facile fisica fondamentale si trasforma in startup mediche e cosa fa per Skolkovo mentre lavora a Boston.

Lenta.ru: Il tuo ultimo articolo parla della creazione della materia fotonica. Cos'è?

Provo a spiegare semplice esempio. Immagina due raggi laser che si incrociano l'uno sull'altro. I fotoni di questi fasci non interagiscono in alcun modo, si attraversano senza intaccarsi in alcun modo, come due onde sulla superficie di un lago. Ciò è dovuto al fatto che i singoli quanti di luce, i fotoni, sono fondamentalmente particelle non interagenti. Tuttavia, se si incrociano gli stessi raggi laser non nel vuoto, ma in qualche mezzo, ad esempio nel vetro, la situazione cambierà. La luce di diversi raggi interagirà: i raggi si defletteranno leggermente a vicenda, oppure la velocità in un raggio cambierà a seconda dell'intensità dell'altro.

Perché sta succedendo? Il fatto è che la luce stessa cambia il mezzo in cui si propaga. Di solito molto debolmente, ma cambia. L'ambiente modificato si comporta in modo diverso radiazioni elettromagnetiche- ed è attraverso il mezzo che i fotoni interagiscono.

Tutto questo è noto da tempo. Il campo della fisica che si occupa di tali interazioni esiste da quasi mezzo secolo ed è chiamato ottica non lineare. A proposito, gli scienziati sovietici ci hanno dato un grande contributo. Tuttavia, finora nessuno è stato in grado di far interagire non i raggi laser, ma i singoli quanti di luce.

In linea di principio, in teoria, molti ci hanno pensato prima. Circa 20-30 anni fa c'erano previsioni teoriche su quale tipo di mezzo di propagazione della luce doveva essere realizzato per far interagire i fotoni al suo interno. È stata prevista la possibilità dell'esistenza di tali oggetti esotici, coppie di fotoni, in sostanza molecole di fotoni. In questo articolo in Natura, di cui stai parlando, abbiamo descritto come siamo finalmente riusciti a ottenere tali coppie. Essi, infatti, sono chiamati materia fotonica, per il fatto che assomigliano molto alle molecole, ma non sono costituiti da atomi, ma da fotoni.

Va aggiunto qui che lo studio dei fotoni interagenti è interessante non solo di per sé. Ha un'applicazione pratica diretta in tecnologie dell'informazione, nelle comunicazioni. Il punto è questo. Da un lato, il fatto che di solito i fotoni non interagiscono è il loro grande vantaggio come vettori di informazioni. Ma d'altra parte, se vogliamo elaborare in qualche modo le informazioni che vengono trasmesse con l'aiuto della luce, allora è necessario creare una sorta di interruttori, una sorta di elementi logici. E per questo è necessario che i fotoni interagiscano in qualche modo tra loro. Ora la luce viene utilizzata principalmente solo per trasmettere informazioni e, per manipolarla, deve essere tradotta in una sorta di segnale elettrico. È scomodo, lento e inefficiente. Quindi, se riusciamo a far interagire i fotoni tra loro, possiamo creare dispositivi completamente fotonici che elaborano le informazioni.

Com'è organizzato l'ambiente in cui esiste la materia fotonica?

Nella nostra configurazione, è costituito da atomi di rubidio raffreddati, che formano un gas atomico abbastanza denso. La luce viaggia molto lentamente in questo mezzo. Cioè, rispetto al vuoto, la velocità della luce cade in qualsiasi mezzo, questo è comprensibile, ma in questo caso i fotoni quasi si fermano: la loro velocità è di circa cento metri al secondo. Abbiamo pubblicato il metodo per "fermare la luce" nel 2001 (Lenta.ru su questo lavoro).

Immagini: Ofer Firstenberg et al., Natura, 2013

Propagandosi in un tale mezzo, i fotoni, per così dire, trascinano con sé un treno di eccitazioni atomiche. Per questo, infatti, la luce rallenta. Ma la cosa più interessante è che gli atomi in questo mezzo iniziano a interagire tra loro così fortemente che queste interazioni vengono trasferite ai fotoni e loro, i fotoni, sembrano iniziare ad attrarsi a vicenda. Di conseguenza, i fotoni, in primo luogo, acquisiscono una massa effettiva e, in secondo luogo, a causa dell'attrazione reciproca, formano uno stato legato che assomiglia a una molecola. Le leggi che descrivono il comportamento dei fotoni in un tale mezzo sono molto simili alle leggi che descrivono il comportamento delle particelle con atomi massicci e di massa.

La molecola fotonica che siamo riusciti ad ottenere è solo l'inizio, perché, in linea di principio, da essa si possono creare oggetti più complessi. Prima di tutto, ora siamo interessati agli analoghi delle strutture cristalline, i cristalli fotonici.

Intendi la materia fotonica contenente non due fotoni, ma di più?

Non solo di più, ma a intervalli regolari. Per raggiungere questo stato, i fotoni devono respingersi piuttosto che attrarre. In linea di principio, sappiamo come raggiungere questo obiettivo e penso che si possano sicuramente realizzare piccoli cristalli nel prossimo futuro.

Le coppie di fotoni che hai ricevuto sono, per quanto ho capito, abbastanza stabili. Cioè, loro, come qualsiasi fotone, non possono essere fermati, devono muoversi nel mezzo, ma esistono in coppia per un tempo relativamente lungo, non collassano, non si trasformano, diciamo, in un fotone di maggiore energia. In questo caso, come hai detto, nel mezzo tra loro c'è solo una forza di attrazione, senza repulsione. Perché sta succedendo?

Il punto è che questo è un sistema quantistico. Pensa al modello atomico di Bohr, che quest'anno celebra il suo centenario. In effetti, in un atomo ordinario c'è anche un nucleo caricato positivamente, c'è un elettrone e non ci sono forze repulsive tra di loro, solo attrazione. Tuttavia, l'elettrone non cade sul nucleo, come sappiamo.

Ciò accade a causa della quantizzazione dell'energia, che consente all'elettrone di muoversi attorno al nucleo, per così dire, senza collassare. Esattamente la stessa storia accade con i nostri fotoni. In linea di principio, c'è solo una forza attrattiva tra di loro, ma poiché si tratta di un sistema quantistico, non collassa, è in uno stato stabile. La situazione è molto simile a quella che si verifica nelle molecole con due atomi. Cioè, il nome "materia fotonica" per queste coppie di particelle è abbastanza giustificato: l'analogia qui è piuttosto profonda.

Nello stesso numero Natura, dove è apparso il tuo articolo, è stato pubblicato il lavoro di Fukuhara, in cui è stato dimostrato un effetto di accoppiamento simile non sui fotoni, ma sui magnoni: particelle magnetiche virtuali.

Sì, l'ha fatto il gruppo Emmanuel Bloch del Max Planck Institute. Questa è davvero una coincidenza molto insolita, perché i sistemi su cui lavoriamo sono completamente diversi, ma gli effetti che osserviamo sono notevolmente simili.

Il gruppo di Bloch ha lavorato con atomi fissati in una trappola ottica. Questo è un sistema abbastanza noto che, utilizzando diversi laser, consente di creare un reticolo ottico in cui gli atomi si trovano in potenziali pozzi, relativamente parlando, come le uova in una scatola. Nello stato iniziale, tutti questi atomi hanno uno spin, cioè la loro polarizzazione magnetica è diretta in una direzione. Esponendo questo mezzo alla luce, Bloch e i suoi colleghi sono riusciti a far invertire la rotazione di una coppia di atomi, e quindi questa inversione ha iniziato a propagarsi lungo il reticolo in un'onda.

In questo caso è apparsa anche una coppia di particelle legate, solo nel loro caso, i magnoni e non i fotoni. Il fatto che i magnon possano esistere in uno stato legato era noto, in linea di principio, in precedenza. Ma per la prima volta, il gruppo di Bloch è stato in grado di tracciare la propagazione di queste particelle legate in un mezzo. La funzione d'onda di un tale stato legato di particelle è molto simile a quella che abbiamo visto per i fotoni. Si scopre che questo è un effetto abbastanza universale.

Emmanuel ed io ci siamo incontrati di recente a una conferenza. A colazione, quando gli ho mostrato i miei dati, è sorta una situazione piuttosto divertente: i nostri dati si sono rivelati così simili in processi fisici completamente diversi che non restava che dire "wow".

Sì, ma le coppie di magnon, a differenza della materia fotonica, sono molto meno convenienti per l'uso nelle comunicazioni. Dicci, per favore, cosa si può fare con la materia fotonica in termini pratici?

L'obiettivo applicato del nostro lavoro è la creazione della logica fotonica. Nei sistemi in cui i singoli fotoni possono interagire tra loro, possiamo creare, ad esempio, interruttori a un fotone o transistor a un fotone. Uno dei compiti specifici è avvicinarsi alla creazione di un ripetitore quantistico, un dispositivo che consente di trasmettere informazioni quantistiche senza distruggerne la natura quantistica.

Cos'è un ripetitore quantistico? Certo, sai, in cui le informazioni vengono trasmesse utilizzando singoli fotoni che si trovano in una sovrapposizione di due stati. Teoricamente, la trasmissione di chiavi tramite fotoni singoli è una tecnologia di crittografia assolutamente affidabile, perché qualsiasi tentativo da parte di un utente malintenzionato di interferire con il sistema e intercettare il messaggio sarà evidente. Questa, in effetti, la crittografia quantistica è interessante. Tuttavia, ci sono perdite in tutti i canali, quindi l'attuale comunicazione quantistica è limitata alla distanza alla quale la maggior parte dei fotoni non viene persa: si tratta di decine, al massimo centinaia di chilometri.

In linea di principio, il problema delle perdite esiste anche nelle comunicazioni classiche, ma lì viene risolto con l'aiuto di ripetitori convenzionali che ricevono il segnale, lo "puliscono" un po', lo ripetono in forma amplificata e lo inviano ulteriormente lungo la rete ottica. La comunicazione quantistica richiede analoghi di tali dispositivi. Ma il problema è che se invii informazioni codificate in un singolo fotone, non puoi "amplificarle" ( un tipico esempio è il rilevamento di un fotone con una polarizzazione sconosciuta - se la base di misura non coincide con la base della polarizzazione del fotone, l'informazione andrà semplicemente persa - ca. "Tapes.ru").

Un ripetitore quantistico deve essere in grado di fare due cose fondamentali. Innanzitutto, deve essere in grado di memorizzare le informazioni quantistiche trasmesse con i fotoni. Per raggiungere questo obiettivo, infatti, abbiamo lavorato su ciò che viene chiamato "fermare la luce". Questa, infatti, era la motivazione pratica del nostro lavoro: abbiamo cercato di fermare l'impulso scrivendo le sue informazioni nell'eccitazione atomica.

In secondo luogo, per realizzare questo ripetitore, devi imparare come creare interruttori logici per fotoni, logica dei fotoni. E quegli esperimenti che sono stati ora pubblicati, sono direttamente correlati alla creazione di tale logica per i ripetitori quantistici.

Le coppie di fotoni sono i qubit in questo computer?

No, i singoli fotoni sono qubit. E la logica sarà costruita sulla base della loro connessione e separazione in molecole fotoniche. Dal momento che possiamo accoppiare i fotoni, immaginiamo come creare un interruttore in cui, ad esempio, la presenza di un fotone può impedire a un altro di propagarsi. È già possibile costruire una logica computazionale su questo.

Naturalmente, c'è molto lavoro da fare qui. Per creare un interruttore, dobbiamo migliorare l'interazione tra i fotoni molte volte. Ma abbiamo già mostrato il principio di base e funziona. Ora puoi pensare in modo più pratico. In effetti, in un esperimento indipendente, abbiamo già notevolmente migliorato anche la qualità dell'interazione (prestazioni) che è stata ottenuta negli esperimenti pubblicati.

Ci auguriamo che l'uso della materia fotonica non sia limitato ai ripetitori quantistici. In futuro, sulla base di essi, sarà possibile creare computer quantistici a tutti gli effetti che eseguono calcoli. Questo è un orizzonte ancora molto lontano, perché per questo è necessario creare centinaia, forse anche migliaia di qubit. E il ripetitore quantistico è il nostro obiettivo attuale, abbastanza tangibile e pratico.

Non hai a che fare solo con la materia fotonica. Ad agosto, stiamo parlando di come il suo gruppo ha inventato usi inaspettati per i diamanti lasciati liberi dall'azoto. Di solito sono usati come qubit, ma ne hai ricavato dei termometri non nemmeno delle cellule, ma delle loro singole parti. Da dove viene un'idea del genere?

Ora, come vettori di qubit, usano di più sistemi diversi. Questi possono essere, ad esempio, cavità superconduttive raffreddate, singoli ioni o atomi raffreddati in una trappola ottica. Oppure, nel caso di questo lavoro, gli elettroni nei cosiddetti centri NV. Fisicamente, il centro NV è solo un buco nel reticolo cristallino del diamante, che esiste accanto all'impurità - l'atomo di azoto. Queste impurità esistono anche nei diamanti ordinari, ma possiamo anche crearle artificialmente mediante irraggiamento, ad esempio, con atomi di azoto. Inoltre, questi centri possono essere realizzati in particelle molto piccole, nanocristalli di diamante.

Gli elettroni del centro NV, se si trova vicino alla superficie, sono molto sensibili a ambiente esterno, alla sua temperatura e campo magnetico. In parole povere, la velocità della loro evoluzione quantistica dipende da questi parametri. Da un lato, questo è un problema per i computer quantistici: lo stato del sistema diventa fragile, diventa difficile salvarlo in un qubit del genere. Ma, d'altra parte, tali centri NV possono essere utilizzati come sensori estremamente sensibili.

La loro particolarità è che possono essere molto piccoli, cioè possiamo misurare campi e temperatura in volumi molto piccoli. Naturalmente, abbiamo cercato di utilizzare tali nanocristalli per applicazioni in cui le dimensioni microscopiche sono un vantaggio. Ad esempio, per la spettroscopia di biomolecole complesse a temperatura ambiente o per misurare la temperatura di singole parti della cella. In quell'articolo, abbiamo studiato le possibilità di utilizzare i centri NV di diamante proprio come termometri microscopici.

Tali nanocristalli non sono solo uno strumento completamente nuovo per i biologi. È anche, potenzialmente, un metodo di distruzione controllata delle cellule tumorali. E in questo senso, un esempio di come completamente ricerca fondamentale, tale "ricerca sul cielo blu" può portare allo sviluppo di applicazioni reali. Ci sono già un paio di startup che stanno cercando di commercializzare questa tecnica.

Queste sono le tue startup?

Uno di loro ha creato il mio ex post-dottorato, il secondo - il mio ex studente. Sono coinvolto in loro solo come consulente esterno. Voglio dire, so un po' cosa sta succedendo lì. È molto interessante vedere come la ricerca si trasformi in applicazioni reali.

Sei a capo del comitato scientifico del Centro Quantico Russo di Skolkovo, ma non lavori tu stesso in Russia. Anche se molti dei tuoi colleghi si sono già trasferiti qui. Come è successo?

Quando, infatti, è stato creato Skolkovo, hanno cercato di propormi di creare un grande laboratorio a Mosca. Ma in genere non sono un sostenitore della costruzione di grandi imperi, mi sembra che quando ci sono grandi gruppi che danno lavoro a centinaia di persone, allora il leader non può più impegnarsi davvero nella scienza, deve essere prima di tutto un manager. E nella mia memoria, non è mai finita con qualcosa di buono.

La mia posizione era che se c'è un centro attivo a Mosca dove lavorano buoni scienziati, con le loro idee, i loro gruppi, allora sarò felice di interagire e collaborare con loro. Non volevo creare il mio laboratorio a Mosca. Ma ho detto che avrei potuto aiutare a creare l'RCC e, in particolare, ho promesso di aiutare a trovarlo brava gente che potrebbero creare laboratori. Bene e consigliare come questo è possibile organizzare.

Quello che è stato creato in meno di due anni, quello che ho visto quest'estate, è già impressionante. Ci sono diversi gruppi teorici e sperimentali che stanno già iniziando a fare esperimenti seri. Con il gruppo di Alexei Akimov, abbiamo pubblicato un articolo congiunto in estate in Scienza.

Abbiamo parlato con lui di questa pubblicazione. Ora lavora a Skolkovo, ma questa installazione, su cui, in effetti, è stato realizzato l'articolo, è stata assemblata in America.

Questo è vero. Tuttavia, ci sono già vita scientifica, ci sono già opere piuttosto interessanti. Intendo i gruppi di Akimov, Kalachevsky, Lvovsky, Zheltikov e Ustinov (Lenta.ru ha scritto della creazione di quest'ultimo in laboratorio).

Ho speso un bel po' di tempo e fatica per aiutare a far funzionare tutto correttamente. Ora la domanda principale che mi preoccupa è la domanda su cosa riserva il futuro per il centro quantistico e progetti simili in generale. Questa domanda è importante perché...

Perché le persone vogliono pianificare le loro vite...

Non solo. Il fatto è che un Centro Quantistico non risolverà tutti i problemi. Ci deve essere almeno un gruppo di tali istituti o centri. Devono avere almeno una prospettiva a lungo termine: questo è l'unico modo per creare un vero ambiente scientifico.

Per me personalmente, la cosa più sorprendente di questa storia è il numero di scienziati di spicco del mondo che hanno accettato di aiutare a creare questo centro. E hanno aiutato, e hanno aiutato in modo completamente gratuito. Per la realtà russa, questo, per quanto ho capito, è un caso unico. Forse è per questo che si è scoperto fare qualcosa di buono.

Mikhail Lukin (nato nel 1971) è uno degli scienziati più titolati del nostro tempo. Fisico americano e russo, membro dell'Accademia americana delle scienze, professore all'Università di Harvard, laureato al MIPT, uno dei fondatori del Russian Quantum Center. Mikhail Lukin ha incontrato i redattori della rivista For Science a Boston e ha parlato dell'istruzione di Harvard, di Landavshitz, dei qubit di diamanti, degli esperimenti, della teoria e persino del rinnovamento dei dormitori di fisica e tecnologia a anni da studente. Pubblicazione di Ksenia Tsvetkova sulla rivista "For Science", 2018. N. 3.

Ad Harvard, insegno un corso a semestre. Fondamentalmente, questi sono corsi speciali per studenti laureati, ora - elettrodinamica. Ci sono diversi livelli qui: introduttivo - al livello del libro di Purcell, ma insegno più avanzato - qualcosa tra Sivukhin e Landavshits. Landavshits è conosciuto qui, ma non è realmente usato. Secondo me questo è buon libro ma un po' datato. Ad esempio, tutti i corsi moderni fin dall'inizio usano il formalismo dei vettori bra e ket per descrivere gli stati quantistici. Il primo volume quantistico di Landavshitz non menziona questo. Per ottenere una laurea in fisica basta seguire pochi corsi: meccanica, elettricità, termodinamica e onde. Tuttavia, ci sono molti corsi di alto livello. Coloro che frequentano la scuola di specializzazione seguono corsi post-laurea durante gli anni della laurea. Non c'è limite se c'è interesse.

Ad Harvard, il numero di materie è molto inferiore a quello della Phystech nel primo anno di studio: probabilmente erano dieci. Ad Harvard ce ne sono quattro per semestre, ma sono più intensi e spesso includono progetti di laboratorio. Dicono che Phystech sia modellato sul MIT, ma non ne sono sicuro. californiano istituto tecnologico(Caltech) è più simile a Phystech. All'inizio seguono tutti gli stessi corsi. Nel 1998 era impossibile anche solo sognare di diventare professore ad Harvard. Ci sono alcune borse di studio post-dottorato piuttosto insolite qui: completa libertà, fai quello che vuoi. Non hai il tuo gruppo, ma puoi scegliere con quale gruppo lavorare, oppure puoi lavorare da solo. Non è facile ottenere una borsa di studio, ma se ci riesci, considera di diventare un artista freelance. Ne ho ricevuto uno.

Per tre anni come post-dottorato, abbiamo iniziato a svilupparci idee interessanti, in particolare, ha ideato un esperimento per fermare la luce. Questo processo consente di registrare in modo coerente informazioni sulla quantità di moto del fotone in un atomo e quindi leggerle. Non solo abbiamo sviluppato la teoria, ma abbiamo anche realizzato un esperimento basato su di essa, che è diventato ampiamente noto. Al termine di un triennio nel 2001, mi è stato offerto il posto di assistente universitario. Il mio gruppo ogni pochi anni inizia a sviluppare una nuova direzione. Per questo motivo, il nostro laboratorio è piuttosto insolito, perché non lavoriamo in nessuna area. È molto importante per uno scienziato cambiare direzione di tanto in tanto. Questo sostiene la giovinezza scientifica, ti fa pensare, studiare cose nuove.

30 dei miei laureati sono già diventati professori, anche se di solito una piccola parte dei laureati rimane in scienze, per lo più va a lavorare in grandi aziende. In generale, credo che la partenza di uno scienziato in un'azienda renda anche il mondo un posto migliore. Nel 2004 abbiamo iniziato a utilizzare le impurità dei diamanti come qubit. Poi ho avuto uno studente laureato intelligente e laborioso che era impegnato in teoria. Abbiamo iniziato a pensare a come costruire computer quantistici a stato solido o reti quantistiche. Ad un certo punto è venuta da me e mi ha detto: "Nessuno leggerà i nostri articoli teorici, dobbiamo fare un esperimento". Allora stavo appena iniziando, avevamo solo una piccola stanza di laboratorio e il mio collega ci ha prestato un posto: un angolo nel suo laboratorio di tre metri per tre. Come si è scoperto in seguito, era un angolo storico e felice, perché in esso furono fatte molte scoperte importanti. Abbiamo costruito due piccoli esperimenti lì. In cinque anni c'erano otto articoli su Science and Nature: è così che è iniziata l'attività dei qubit di diamanti.

C'è storia leggendaria. In uno degli istituti di Mosca è stato trovato un campione di diamante con proprietà uniche per esperimenti: era purissimo. Era diviso in quattro pezzi: due sono andati da noi, due a Stoccarda, dove ha lavorato un altro gruppo. Per molto tempo, tutti gli esperimenti sono stati condotti con questo diamante. Ora, ovviamente, è già possibile coltivare diamanti artificiali, che sono di purezza superiore al diamante magico russo - il diamante magico russo. Un computer quantistico è molto interessante, argomento aperto, tutti ci pensano, le aziende investono. Ci sono due punti molto interessanti che le persone dimenticano. Non sappiamo ancora se possiamo costruire un vero e proprio grande computer quantistico con un milione di qubit. Inoltre, anche se lo costruiamo, nessuno sa ancora con certezza a cosa possa essere utile. Ma stiamo già iniziando a creare sistemi sufficientemente grandi, coerenti e programmabili: è già chiaro che ci permetteranno di studiare la dinamica di sistemi complessi in un modo unico. Sono sicuro che nei prossimi anni troveremo molte nuove applicazioni.

I miei genitori sono scienziati. Papà lavora alla Phystech e la mamma è una matematica. Mio padre si è laureato a Fiztekh, mio ​​fratello si è laureato a Fiztekh. Allo stesso tempo, i miei genitori credevano che si potesse fare qualsiasi cosa nella vita, ma prima bisogna farlo una buona educazione. Per loro definizione, una buona educazione è fisica o, in casi estremi, matematica. Da bambino volevo fare cinema. Sono andato in studi cinematografici per bambini, ho filmato qualcosa, ho persino ricevuto dei premi. Per molto tempo non ho studiato fisica in modo specifico, ho persino combattuto attivamente con i miei genitori, ma a un certo punto ho iniziato a pensare a cosa fare dopo. Per il cinema era necessario entrare in VGIK, e questo sembrava quasi impossibile. In un momento di debolezza, i miei genitori mi hanno convinto a provare a risolvere i problemi e mi è piaciuto molto. A L'anno scorso scuola, ho studiato con Viktor Ivanovich Chivilev del Dipartimento di Fisica Generale. È semplicemente una persona e un insegnante straordinari. Ora allena le squadre olimpiche, insegna in modo molto interessante, intuitivo. Viktor Ivanovich ha instillato in me un interesse per la risoluzione dei problemi e durante l'ultimo anno di scuola mi sono preparato per gli esami di ammissione. Quando sono entrato all'Istituto di Fisica e Tecnologia, mi piaceva risolvere i problemi, ma ancora non ero sicuro: la scienza è mia o no? Tutti coloro che volevano fare scienze andarono all'UFPF. Pertanto, ho deciso che i quants sono qualcosa di più applicato. Così sono finito sulla FFKE.

Era storia interessante: dopo il secondo anno, abbiamo riparato il nostro ostello, il "deuce", in estate. Dicono che sia stato costruito da prigionieri di guerra tedeschi tra la fine degli anni '40 e l'inizio degli anni '50, da allora è crollato lentamente, hanno cercato di metterlo in ordine, ma non ne è venuto fuori nulla di buono. Insieme a Fyodor Zolotarev e Sasha Parbukov, lo abbiamo intrapreso e riparato a tariffe statali, ma allo stesso tempo utilizzando i ragazzi in arrivo. Successivamente, uno degli "istigatori" della riparazione, Fedor Zolotarev, ha creato la propria impresa di costruzioni. Dicono che molti famosi fisici abbiano lavorato per lui in seguito. Cosa desiderano i fisici? Evolvi, trova te stesso, non seguire la folla. Cerca sempre nuove soluzioni e non aver paura dei compiti difficili. Allora andrà tutto bene.

Scienziati russi e americani dell'Università di Harvard, che lavorano nel gruppo di Mikhail Lukin, hanno creato un computer quantistico di 51 qubit, il più potente al mondo oggi. Lo ha affermato il co-fondatore del Russian Quantum Center (RCC), il professor Lukin, nel suo rapporto alla International Conference on Quantum Technologies (ICQT-2017), che si è tenuta a luglio a Mosca sotto gli auspici dell'RCC.

A differenza dei computer digitali classici, la cui memoria è costruita sul principio di un codice binario (0 o 1, "sì" o "no"), i computer quantistici sono costruiti sulla base di qubit - bit quantistici. Consentono anche due stati (0 e 1), ma a causa delle sue proprietà quantistiche, un qubit consente inoltre stati di sovrapposizione, cioè, condizionatamente parlando, molti stati intermedi tra i due stati principali, descritti da numeri complessi (immaginari). È chiaro che in tali condizioni la potenza e la velocità di un computer quantistico sono diversi ordini di grandezza superiori.

L'idea stessa di utilizzare il calcolo quantistico per risolvere puramente problemi di matematica proposto nel 1980 da Yuri Manin dello Steklov Institute, e un anno dopo, il principio della costruzione di un computer quantistico è stato formulato da Richard Feynman. Ma sono passati decenni prima che apparissero le tecnologie in grado di mettere in pratica le loro idee.

Il problema principale era creare qubit funzionanti stabili. Il gruppo di Lukin ha utilizzato per loro non superconduttori, ma i cosiddetti atomi freddi, che sono tenuti all'interno di trappole laser a temperature ultra basse. Ciò ha permesso ai fisici di costruire il più grande computer quantistico a 51 qubit del mondo e di superare i loro colleghi del gruppo Christopher Monroe dell'Università del Maryland (dispositivo a 5 qubit) e del gruppo di John Martinis su Google (dispositivo a 22 qubit).

In senso figurato, durante la costruzione di un computer qubit, i fisici sono tornati dai dispositivi digitali a quelli analogici della prima metà del secolo scorso. Ora il loro compito è passare alla "cifra" a un nuovo livello quantistico. Utilizzando un insieme di qubit basati su "atomi freddi", il team di Lukin è già stato in grado di risolvere diversi problemi fisici specifici che sono estremamente difficili da modellare utilizzando i computer classici.

Nel prossimo futuro, gli scienziati intendono continuare gli esperimenti con un computer quantistico. Oltre a risolvere problemi puramente scientifici dal campo della meccanica quantistica, il professor Lukin non esclude che il suo team cercherà di implementare su di esso il famoso algoritmo quantistico Shor, che è impotente sui sistemi di crittografia esistenti. Ma anche altri aree pratiche dove una nuova generazione di computer potrebbe rivoluzionare è una miriade. Ad esempio, l'idrometeorologia, dove la potenza dei dispositivi informatici esistenti non è chiaramente sufficiente per migliorare l'accuratezza delle previsioni meteorologiche.

I computer quantistici stanno muovendo i primi passi, ma non è lontano il tempo in cui diventeranno comuni come i PC di oggi.

Venerdì mattina, 14 luglio, alla International Conference on Quantum Technologies, Mikhail Lukin, co-fondatore del Russian Quantum Center e professore a Università di Harvard- ha parlato della creazione di un computer quantistico a 51 qubit completamente programmabile da parte del suo gruppo scientifico. A prima vista, questo risultato può essere definito un'improvvisa svolta in quest'area: giganti come Google e IBM si stanno avvicinando solo al traguardo dei 50 qubit in un computer quantistico. Proprio ieri sul server di prestampa è apparso arXiv.org descrizione dettagliata sperimentare. Editoriale N+1 Ho deciso di capire cosa è successo e cosa aspettarmi dal nuovo computer quantistico.

Brevemente sui computer quantistici: universali e non universali

Che aspetto ha un computer a 51 qubit?

Trattiamo il sistema creato dai fisici in nuovo lavoro. Il ruolo dei qubit in esso è svolto da atomi di rubidio freddo intrappolati in una trappola ottica. La trappola stessa è una serie di 101 pinzette ottiche (un raggio laser focalizzato). L'atomo è tenuto da una pinzetta in una posizione di equilibrio a causa del gradiente campo elettrico- viene attratto nell'area con la massima intensità del campo elettrico, che si trova nel punto di messa a fuoco delle pinzette. Poiché tutte le pinzette sono allineate, anche tutti gli atomi di qubit del computer sono allineati in una catena.

"Zero" per ciascuno degli atomi di rubidio è il suo stato fondamentale, non eccitato. "One" è uno stato di Rydberg appositamente preparato. Questo è uno stato così eccitato in cui l'elettrone esterno del rubidio è molto lontano dal nucleo (sul 50°, 100°, 1000° orbitale), ma rimane comunque associato ad esso. A causa dell'ampio raggio, gli atomi di Rydberg iniziano a interagire (respingersi) a distanze molto maggiori rispetto a quelli ordinari. Questa repulsione permette di trasformare una fila di 51 atomi di rubidio in una catena di particelle fortemente interagenti.

Per controllare gli stati dei qubit, viene utilizzato un sistema separato di laser, in grado di eccitarli nello stato di Rydberg. La caratteristica principale e più importante della nuova calcolatrice è la capacità di indirizzare direttamente ciascuno dei 51 qubit. Esistono anche insiemi di atomi più complessi in cui si osservano stati quantistici entangled (di recente abbiamo parlato di 16 milioni di atomi entangled dall'interazione con un singolo fotone) e sono state eseguite simulazioni quantistiche su più di cento atomi freddi. Ma in tutti questi casi, gli scienziati non avevano la capacità di controllare con precisione il sistema. Ecco perché il nuovo sistema è chiamato computer quantistico completamente programmabile.

Ogni calcolo su un computer quantistico è in un certo senso una simulazione di un vero sistema quantistico. La parte principale del nuovo lavoro è dedicata alla modellazione del noto sistema quantistico - il modello Ising. Descrive una catena (in questo caso) di particelle con spin (momenti magnetici) diversi da zero che interagiscono con le loro vicine. Il modello di Ising è spesso usato per descrivere il magnetismo e le transizioni magnetiche nei solidi.

L'esperimento è stato costruito come segue. In primo luogo, le particelle sono state raffreddate e catturate in pinzette ottiche. Questo è un processo probabilistico, quindi all'inizio l'array di particelle era caotico. Quindi, utilizzando una sequenza di misurazioni e regolazioni, è stato creato un array privo di difetti di oltre 50 atomi freddi allo stato terreno non eccitato. Nella fase successiva, le pinzette ottiche sono state spente e, allo stesso tempo, è stato acceso il sistema che eccitava gli atomi nello stato di Rydberg. Per qualche tempo, il sistema si è evoluto sotto l'azione delle forze di van der Waals: gli atomi occupavano le posizioni più "convenienti" per loro, dopodiché le pinzette sono state riaccese e hanno studiato il risultato dell'evoluzione.

A seconda di quanto fossero vicini gli atomi freddi all'impulso eccitante, i fisici hanno osservato diversi risultati dell'evoluzione. Ciò è dovuto al fatto che gli atomi di Rydberg sono in grado di sopprimere l'eccitazione dei vicini agli stati di Rydberg (a causa della forte repulsione). Gli scienziati hanno osservato sistemi in cui gli atomi, dopo l'evoluzione, erano ordinati in modo tale che tra ogni coppia di atomi di Rydberg vicini ce ne fosse esattamente uno, rigorosamente due o rigorosamente tre di quelli ordinari.

È interessante notare che la formazione di strutture molto ordinate dopo l'evoluzione libera si è verificata con una probabilità molto alta, anche nel caso di un array di 51 atomi freddi.

Per vedere come sta andando il processo di evoluzione, gli scienziati hanno acceso le pinzette e "fotografato" il sistema in diversi momenti. Si è scoperto che in alcuni casi l'evoluzione verso lo stato di equilibrio è stata molto lenta: il sistema ha oscillato a lungo tra più stati. Questo risultato può essere confermato da una modellazione classica approssimativa, che coinvolge nell'analisi l'interazione tra atomi vicini e successivi.

È utile?

Questo è uno di quei casi in cui le simulazioni quantistiche predicono il reale nuovo effetto. Vale la pena notare che è impossibile modellare accuratamente un sistema di 51 atomi freddi utilizzando un computer classico. Solo per descrivere tutti i suoi possibili stati, sono necessari 2 51 bit di RAM (circa un petabyte). Questo effetto è stato confermato solo da una simulazione approssimativa su un computer classico.

È interessante notare che nei calcoli della chimica quantistica si verifica esattamente la situazione opposta: i computer classici forniscono solo una stima approssimativa delle proprietà dei sistemi complessi, spendendo enormi risorse di calcolo per questo. Allo stesso tempo, un'analisi diretta di questi sistemi quantistici, ovviamente, fornisce un risultato esatto.

Per cos'altro sarebbe utile?

Alla fine del preprint, gli autori tradizionalmente forniscono un elenco di aree in cui può essere utile nuovo sviluppo. Alcuni di essi possono essere elencati: la creazione di sovrapposizioni costituite da un gran numero di particelle, lo studio degli stati topologici nei sistemi di spin. I fisici notano separatamente che l'algoritmo è adatto per risolvere problemi di ottimizzazione dei sistemi, la cui dimensione supera ovviamente la portata dei computer convenzionali. Queste attività includono la modellazione reazioni chimiche e formazione.

Il sistema creato da Mikhail Lukin e dai suoi colleghi ora funziona come un simulatore quantistico: modella sistemi simili a se stesso. Tuttavia, vale la pena notare che su coppie separate di atomi di Rydberg, i fisici sono già riusciti a creare porte CNOT logiche utilizzate per creare entanglement. Pertanto, possiamo dire che alcuni semplici algoritmi possono essere implementati nel nuovo sistema (ad esempio l'algoritmo Deutsch, o l'algoritmo Shor per numeri molto piccoli). Tuttavia, questi algoritmi non saranno utili in questa fase.

Mikhail Lukin (a sinistra) e John Martinis (a destra) - capo del gruppo che sviluppa un computer quantistico a 49 qubit su Google

Centro Quantico Russo

In un certo senso, il nuovo dispositivo è già in grado di risolvere problemi che i computer classici non possono fare: non può essere modellato accuratamente dai computer convenzionali. Ma è troppo presto per parlare di utile superiorità quantistica, che è già utile nei problemi applicati. Molti scienziati notano che la corsa per la supremazia quantistica ora non porta nulla di utile dal punto di vista dei problemi di calcolo applicati.

Vale la pena notare che gli esperimenti con gli atomi nei reticoli ottici già alcuni anni fa hanno superato la portata della modellazione accurata dei computer classici. Usano dozzine di particelle interconnesse. Ad esempio, con il loro aiuto, fenomeni di cooperazione quantistica relativi alla superfluidità e alla superconduttività. È questa supremazia quantistica?

Vladimir Korolev