«Квантовый симулятор — это предварительная стадия квантового компьютера. Однако, в отличие от квантового компьютера, он не может производить никаких вычислений, а предназначен для решения определенной проблемы», — говорит Йохен Браумюллер из Physikalisches Institut KIT. Физика) говорит.
Поскольку высокая эффективность процесса преобразования массы и энергии растений с помощью света не может быть полностью понята с помощью классических физических теорий, такие исследователи, как Браумюллер, используют квантовую модель. Вместе с учеными из Института теоретической физики твердого тела (TFP, Институт теоретической физики твердого тела) он впервые продемонстрировал в эксперименте, что квантовое моделирование взаимодействия света и вещества — как основа фотосинтеза и, следовательно, Наша жизнь — работа в принципе.Взаимодействие между светом и веществом при фотосинтезе, например, когда солнечный свет освещает лист, можно описать как взаимодействие фотонов света с атомами вещества на микроскопическом уровне.
Высокая эффективность этого механизма, составляющая почти 100%, предполагает, что он подчиняется правилам квантовой физики, которые трудно смоделировать с помощью классических компьютеров и простых битов. В этом случае информация представлена переключателем, который может хранить информацию как ноль или единица. Квантовые биты, напротив, могут принимать состояния нуля и единицы одновременно в соответствии с правилами квантовой физики. Следовательно, квантовые компьютеры или более простые квантовые симуляторы могут решить проблему быстрее и эффективнее.
Браумюллер и его соавторы разработали один из первых функционирующих компонентов для квантового симулятора взаимодействия света и материи: сверхпроводящие цепи в виде квантовых битов представляют атомы, то есть материю, а электромагнитные резонаторы представляют фотоны, то есть свет. Физикам удалось создать эффект, при котором квантовый бит и резонатор одновременно принимают два противоположных состояния. «Кубит и резонатор связаны», — говорит Майкл Марталер из TFP компании KIT. «Это также является причиной экспоненциально улучшенной вычислительной мощности по сравнению с классическими компьютерами». По словам исследователей, выполнение этого фундаментального принципа квантовой механики продемонстрировало возможность аналогового квантового моделирования со сверхпроводящими цепями.В качестве следующего шага они планируют расширить свою систему множеством других строительных блоков. «Классическое моделирование этой расширенной системы займет больше времени, чем возраст Вселенной», — говорит Мартин Вайдес, возглавляющий рабочую группу в Physikalisches Institut KIT с 2015 года.
Если запланированное квантово-механическое моделирование будет успешным, это будет «веха на пути к универсальному квантовому компьютеру».