我是斜杠青年，一個(gè)熱愛前沿科學(xué)的“雜食性”學(xué)者！

美國研究人員在理論上表明，液晶的拓?fù)淙毕菰跀?shù)學(xué)上類似于量子位。如果基于這一原理的系統(tǒng)可以在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)，量子計(jì)算機(jī)的許多優(yōu)勢可以在經(jīng)典電路中實(shí)現(xiàn)——避免那些試圖開發(fā)實(shí)用量子計(jì)算機(jī)的人所面臨的巨大挑戰(zhàn)。

線體液晶是棒狀分子，傾向于相互對齊，其對齊可以通過電場操縱。它們用于手機(jī)、手表和其他電子小工具中廣泛分布的顯示系統(tǒng)。拓?fù)淙毕莅l(fā)生在對齊變化的線狀液晶中。這些系統(tǒng)與量子世界的相似性我們已經(jīng)知道了一段時(shí)間。1991年，Pierre-Gilles de Gennes因意識到超導(dǎo)體物理學(xué)也可以應(yīng)用于液晶缺陷而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的應(yīng)用數(shù)學(xué)家?iga Kos和J?rn Dunkel研究了線性液晶是否可以證明是一個(gè)新穎的計(jì)算平臺。

高維狀態(tài)空間

“我們都知道并使用數(shù)字計(jì)算機(jī)，長期以來，人們一直在談?wù)撎娲呗?，如基于液體的計(jì)算機(jī)或具有更高維度狀態(tài)空間的量子系統(tǒng)，以便你可以存儲更多信息?！薄暗酉聛磉€有如何訪問它以及如何操縱它的問題?！?/p>

谷歌和IBM使用超導(dǎo)量子位（量子比特）生產(chǎn)了量子計(jì)算機(jī)，這些量子比特需要低溫溫度來防止脫相干，而霍尼韋爾和IonQ則使用捕獲的離子，這需要超穩(wěn)定的激光來在電阱中的離子之間進(jìn)行柵極操作。兩者都取得了顯著進(jìn)展，其他協(xié)議，如中性原子量子比特，正處于早期開發(fā)階段。然而，所有這些都采用了高度專業(yè)化、微妙的協(xié)議，這些協(xié)議沒有在液晶系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。

在他們的新工作中，研究人員證明，盡管物理學(xué)不同，但可以在液晶中拓?fù)淙毕莸男袨楹土孔游坏男袨橹g進(jìn)行數(shù)學(xué)類比。因此，理論上可以像研究人員所說的那樣對待這些“n位”（壞意義位），就像對待量子位一樣——并使用它們來執(zhí)行量子計(jì)算算法，即使支配其行為的實(shí)際物理學(xué)可以經(jīng)典地解釋。

超越經(jīng)典計(jì)算

或者至少，這就是計(jì)劃。研究人員證明，單個(gè)n位的行為應(yīng)該與單個(gè)量子比特完全相同，因此單個(gè)n位門在理論上等同于單個(gè)量子位門：量子計(jì)算中還有其他在多個(gè)量子位上運(yùn)行的門，這些門是通用量子計(jì)算所必需的。這些是我們目前沒有的液晶門。盡管如此，“我們可以做一些超越經(jīng)典計(jì)算的事情?！?/p>

研究人員正在繼續(xù)他們的理論工作，希望更好地了解多個(gè)量子位和多個(gè)n位之間的數(shù)學(xué)映射，以確定類比到底有多接近。他們還與試圖在實(shí)驗(yàn)室建造大門的軟物質(zhì)物理學(xué)家合作?！跋Ｍ@種情況能在未來一兩年內(nèi)發(fā)生?！?/p>

Dunkel和Kos在《科學(xué)進(jìn)步》的一篇論文中描述了他們的研究。美國約翰·霍普金斯大學(xué)的理論和計(jì)算物理學(xué)家丹尼爾·貝勒表示：他真的很喜歡這篇論文，他認(rèn)為它可能非常重要。量子計(jì)算機(jī)使用太多資源或時(shí)間太長無法在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上運(yùn)行算法的能力已經(jīng)提出的說法，并表示“這項(xiàng)工作提出的，在一個(gè)不依賴非常寒冷的溫度或防止量子去相干的系統(tǒng)中，這些概念可能是可測試的，而這些計(jì)算加速可以實(shí)現(xiàn)的?！薄斑@是一個(gè)很好的理論和計(jì)算證明，因?yàn)槲锢韺W(xué)本質(zhì)上是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，接下來應(yīng)該通過實(shí)驗(yàn)來檢查?！崩纾瑢?shí)現(xiàn)模型中使用的一些假設(shè)，例如當(dāng)液晶在它們周圍流動(dòng)時(shí)，缺陷保持不動(dòng)，將需要“在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行一些設(shè)計(jì)考慮”。

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