Điện toán lượng tử đã xuất hiện với những bước tiến nhảy vọt trong vài năm qua. Trên thực tế, một khi các công ty công nghệ lớn như IBM, Microsoft và Google bắt đầu thể hiện sự quan tâm, họ sẽ không còn bị theo dõi nữa. Tuy nhiên, nghiên cứu vẫn tiếp tục về các yếu tố cơ bản của tính toán lượng tử và đối với tôi, thú vị hơn là các thành tựu kỹ thuật của các phòng thí nghiệm thương mại (vẫn hoàn toàn cần thiết).

Phù hợp với sở thích của tôi, một nhóm các nhà nghiên cứu gần đây đã chứng minh thiết bị ghi nhớ lượng tử đầu tiên. Đây có thể là một bước quan trọng trong việc đưa một loại mạng nơ-ron hiệu quả cao vào lĩnh vực điện toán lượng tử mà không cần một số lượng lớn các kết nối lượng tử.

Bộ nhớ và phép cộng lượng tử

Khái niệm về memristor có từ những năm 1970, nhưng từ lâu vẫn giống như một chiếc tất dưới máy giặt: bị lãng quên và không bị bỏ sót. Ý tưởng cơ bản là dòng điện chạy qua memristor không chỉ phụ thuộc vào điện áp đặt trên các đầu nối mà còn phụ thuộc vào Ngày tháng của điện áp đặt vào. Các ứng dụng vật lý của memristor mang lại nhiều hứa hẹn cho tính toán công suất thấp vì chúng có thể được sử dụng để tạo ra bộ nhớ tiết kiệm năng lượng.

Một memristor lượng tử, khi được nhìn dưới ánh sáng của thông tin lượng tử, phức tạp hơn một chút. Một qubit, lưu trữ một bit thông tin lượng tử ở trạng thái lượng tử của nó, không nhất thiết phải có giá trị bit được xác định rõ ràng. Thay vì một số hữu tỉ là một hoặc một số 0 hữu tỉ, nó có thể ở trạng thái chồng chất lượng tử. Giá trị của qubit chỉ được biết khi chúng ta đo lường nó – phép đo luôn tiết lộ giá trị một hoặc số không. Các Có thể Nhận một lôgic (hoặc không) bị chi phối bởi các thuộc tính của chồng chất lượng tử.

Công việc của máy tính lượng tử là nhẹ nhàng sửa đổi các xác suất này thông qua các tương tác với các trạng thái chồng chất lượng tử khác để có thể đọc được kết quả.

Bây giờ, hãy nghĩ về một memristor trong sơ đồ này. Memristor phải sửa đổi trạng thái lượng tử của qubit dựa trên giá trị của các qubit trước đó. Điều này có nghĩa là hai điều. Đầu tiên, memristor phải bảo toàn các thuộc tính lượng tử của qubit (nếu không thì không thể thực hiện thêm thao tác nào nữa). Thứ hai, để xác định trạng thái bên trong của nó, memristor phải đo các qubit, điều này sẽ xóa các thuộc tính của nó. Theo một nghĩa nào đó, điều này có nghĩa là không thể tồn tại một memristor lượng tử hoàn hảo (để tham khảo, có hai nhà lý thuyết đã phản đối ý tưởng về memristor cổ điển, vì vậy đây không phải là một lĩnh vực mới).

phân chia sự khác biệt

Sự khác biệt này không ngăn cản các nhà nghiên cứu, họ vẫn có thể tạo ra một bộ ghi nhớ lượng tử. Hãy bắt đầu với bản chất của ý tưởng. Hãy tưởng tượng bạn có một chiếc gương không hoàn hảo. Nếu bạn nhắm mục tiêu vào gương bằng một photon ánh sáng, photon sẽ bị phản xạ khỏi gương hoặc bị truyền đi, với xác suất phụ thuộc vào mức độ phản xạ của gương. Giả sử bạn đếm các photon được gửi đi và sử dụng con số này để thay đổi phản xạ của gương. Điều này có hiệu quả tạo ra một memristor – nhưng không phải là một memristor lượng tử.

Để thêm hạnh phúc về số lượng, chúng ta phải sửa đổi trải nghiệm một chút. Chúng tôi thay thế nguồn sáng bằng một nguồn phát ra chùm tia có chứa một photon đơn lẻ hoặc không có photon (trạng thái chồng chất của một photon đơn lẻ hoặc bằng không). Các chùm tia phản xạ từ gương vẫn giữ nguyên trạng thái chồng chất của chúng và có thể được sử dụng cho các tính toán trong tương lai, trong khi các chùm tia được gửi đi được đo để điều chỉnh sự phản xạ của gương. Bây giờ chúng ta có một bộ nhớ lượng tử hoàn chỉnh: xác suất phản xạ qubit trong tương lai bởi gương được điều chế bởi Dòng Qubit quốc gia.

Việc thực hiện điều này trong thực tế phức tạp hơn một chút, và các nhà nghiên cứu đã sử dụng các thuộc tính photon khác nhau chứ không chỉ là số lượng photon. Tuy nhiên, hành vi (và mô hình toán học) là giống nhau, và bộ nhớ lượng tử hoạt động như mong đợi.