Engineering Van De Computer Van De Toekomst, Één Atoom Tegelijk

{h1}

Computers gebaseerd op de verbijsterende fysica van de kwantumwereld.

Met behulp van computers die gebaseerd zijn op de verbijsterende fysica van de kwantumwereld, hopen onderzoekers nu de werkelijkheid op de moleculaire schaal beter dan ooit te kunnen simuleren.

Wetenschappers willen moleculen op computers simuleren om beter te begrijpen en te verbeteren hoe ze kunnen reageren, bijvoorbeeld hoe een medicijn zich in het menselijk lichaam zou kunnen gedragen. Maar pogingen om complexe moleculen te simuleren met moderne supercomputers schieten tekort omdat het vergroten van het aantal atomen dat ze moeten analyseren leidt tot een exponentiële piek in de berekeningstijd.

"Als je iets simuleert dat groter is dan vier of vijf atomen - bijvoorbeeld een chemische reactie, of zelfs een gematigd complex molecuul - wordt het een onhandelbaar probleem heel snel", zei onderzoeker James Whitfield, een chemicus aan de kwantuminformatie aan de universiteit van Harvard. In het beste geval, legde hij uit, kunnen gewone computers slechts een ruwe benadering krijgen van hoe deze systemen werken.

Quantum computers

Dat is de reden waarom wetenschappers zich nu richten op kwantumcomputers, die afhankelijk zijn van de bizarre eigenschappen van atomen en de andere bouwstenen van het universum. De wereld wordt een vage, surreële plek op zijn kleinste niveaus - dingen kunnen schijnbaar op twee plaatsen tegelijkertijd bestaan ​​of tegelijkertijd in tegengestelde richtingen draaien.

Terwijl normale computers gegevens weergeven als enen en nullen - binaire cijfers die bekend staan ​​als bits die ze uitdrukken door kleine schakelaarvormige transistors aan of uit te tikken, gebruiken kwantumcomputers quantumbits of qubits (uitgesproken als "cue-bits")die tegelijkertijd aan en uit zijn. Hierdoor kunnen ze tegelijkertijd twee berekeningen uitvoeren. In theorie kunnen kwantumcomputers voor bepaalde problemen ongelooflijk sneller zijn dan gewone rekenmachines omdat ze alle mogelijke combinaties tegelijk kunnen doorlopen.

De deeltjes en moleculen die wetenschappers willen onderzoeken, zijn kwantumobjecten.

"Als het computationeel te complex is om een ​​kwantumsysteem te simuleren met behulp van een klassieke computer, waarom dan geen quantumsystemen simuleren met een ander kwantumsysteem?" zei onderzoeker Alán Aspuru-Guzik, een quantum-informatiechemicus aan Harvard.

Berekenen met licht

De kwantumcomputer de onderzoekers voerden hun moleculaire simulaties uit met behulp van fotonen, of pakketten van licht, als zijn qubits. Terwijl Aspuru-Guzik, Whitfield en hun collega's de software leverden en belangrijke berekeningen maakten, verzamelden hun medewerkers in Australië de hardware en voerden ze de experimenten uit.

Met behulp van deze twee-qubit-computer simuleerden ze het kleinste moleculaire systeem, het waterstofmolecuul, en berekenden ze hun energie in termen van hoe het zou kunnen reageren met andere moleculen. Ze runden hun simulatieproces 20 keer achtereen, waarbij elke cyclus de gegevens van de laatste uitschakelde om zeer precieze waarden te bereiken. "Dat is genoeg precisie om experimenten met te simuleren," vertelde Aspuru-Guzik aan TechNewsDaily.

De grote uitdaging die voor ons ligt, is het creëren van kwantumcomputers met meer qubits, die nodig zijn om moleculen met meer atomen te simuleren. Hoewel een 2000-qubit-computer ongeveer voldoende zou zijn om bijvoorbeeld cholesterolbinding met een eiwit te simuleren, hebben de meeste qubits die iemand onmiskenbaar een kwantumcomputer heeft gemaakt tot nu toe ongeveer een dozijn, zei Aspuru-Guzik.

"We werken nu aan het maken van grotere experimenten om onze successen voort te zetten met grotere en grotere systemen", zei hij.

Het onderzoek werd online gedetailleerd beschreven in een recent nummer van het tijdschrift Natuurchemie.

  • 10 diepgaande innovaties vooruit
  • Brains Not Like Computers, Study Finds
  • Hoe kwantumfysica de toekomst kan sturen


Video Supplement: Is Reality Real? The Simulation Argument.




Onderzoek


Nucleaire Beveiliging: Beste En Slechtste Landen (Infographic)
Nucleaire Beveiliging: Beste En Slechtste Landen (Infographic)

Hoe Een Door Een Mens Aangedreven Helikopter Het Wereldrecord Kan Breken
Hoe Een Door Een Mens Aangedreven Helikopter Het Wereldrecord Kan Breken

Science Nieuws


Van Gogh'S Zonnebloemen Zijn Mutanten
Van Gogh'S Zonnebloemen Zijn Mutanten

Ancient City Mysteriously Survived Mideast Civilization Collapse
Ancient City Mysteriously Survived Mideast Civilization Collapse

Nieuwe Russische Tanker Maakt Een Van De Snelste Arctische Overtochten
Nieuwe Russische Tanker Maakt Een Van De Snelste Arctische Overtochten

Keeping Time: Why 60 Minutes?
Keeping Time: Why 60 Minutes?

Mysterie-Ingrediënt Beïnvloedt Cloudvorming
Mysterie-Ingrediënt Beïnvloedt Cloudvorming


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com