永遠旋轉的咖啡與奶?最新發現違背傳統物理學的量子晶片

編譯/高晟鈞

相信許多人早晨到公司的第一件事情,就是放下背包、打開咖啡機,來上一杯熱騰騰的咖啡與牛奶,其實量子現象也能用咖啡來解釋。將牛奶加入咖啡並開始攪拌時,黑色與白色的漩渦便逐漸融為一體,最後形成棕色的拿鐵。類似的情況也發生在量子晶片中,由於量子的糾纏態難以在環境中長時間維持,資訊容易迅速紊亂,並限制了量子電腦儲存訊息的能力。

研究團隊找到了一種方法,可以透過確保資訊保持有序來增強量子電腦晶片的儲存能力。圖/截取自 ScitechDaily

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量子記憶體

傳統電腦以二進位的0與1「位元」進行運算;與之對立,在量子運算的世界中,「量子位元」則可以同時以0和1的形式存在。如今工程師已經成功製造出量子位元,包括被雷射光所捕獲的單原子,或是被稱為超導體的微型設備等等。

然而,就像是你早晨的那杯咖啡一樣,量子位元難以保持穩定。舉例來說,當你將所有量子位元翻轉為1時,它並不會維持;相反地,所有位元會在0與1之間來回變換,直至整個晶片變得雜亂無章。

永遠旋轉的咖啡與牛奶

科羅拉多大學物理學教授Rahul Nandkishore近日透過理論物理學的計算發現,倘若將量子位元排列成特定的模式,即使被磁場或是外在因素所干擾,它們仍舊可以保留信息的完整性,這使得量子記憶體成為可能。

宇宙中幾乎所有事物都傾向於「熱平衡」的原則運作。舉例來說,當冰塊放入咖啡中,咖啡產生的熱會將冰塊融化,最終形成均勻溫度的液體,但隨著越來越多的研究出現,這個物理定律有可能受到挑戰。

研究團隊透過數學建模工具發現,當量子位元被塞進一個「狹窄」的地方時,它們會相對地變得穩定,Nandkishore博士進一步解釋道,當量子位元足夠靠近時,他們可以影響其他量子位元的行為。這就如同盡可能地將人塞進一台電車當中,有些人可能會直立、倒立,甚至是被迫浮空在電車內;最終結果是,他們難以在不影響其他人的情況下翻轉到另一個方向。

因此,研究人員透過計算發現,如果以正確的方式排列量子位元,可能會在量子晶片的周圍流動並且不會降解。儘管只是理論,這對於量子電腦的開發依舊是相當振奮人心的。

資料來源:ScitechDaily

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