Nieuwe doorbraak: hoogwaardige topologische simulaties verhogen potentieel quantumcomputing

AmsterdamOnderzoekers van de Nationale Universiteit van Singapore (NUS) hebben een cruciale doorbraak gerealiseerd door hogere-orde topologische roosters nauwkeurig te simuleren met behulp van digitale quantumcomputers. Deze vooruitgang bevordert het onderzoek naar geavanceerde quantum-materiaal, bekend om hun stabiele quantumtoestanden, die vele technologische toepassingen hebben.

Dit onderzoek is om meerdere redenen van belang: het maakt het mogelijk om complexe HOT roosters te simuleren met eenvoudige spin-ketens op digitale quantumcomputers, het introduceert nieuwe technieken om fouten te verminderen en de nauwkeurigheid te verhogen op huidige ruisgevoelige quantumapparaten (NISQ), en het biedt nieuwe mogelijkheden voor quantumcomputers om mogelijk in specifieke taken beter te presteren dan klassieke computers.

De studie richt zich op topologische toestanden van materie, die bekend staan om hun bijzondere eigenschappen. Topologische isolatoren, een subtype van deze materialen, laten elektriciteit alleen over hun oppervlakken of randen stromen, terwijl de binnenkant niet-geleidend blijft. Deze kenmerken maken ze veelbelovend voor het ontwikkelen van apparaten die betrouwbare transport- of signaaloverdracht vereisen.

Universitair docent Lee Ching Hua en zijn team zijn erin geslaagd om digitale kwantumcomputers te programmeren om grote, complexe roosters te modelleren. Deze methode maakt gebruik van de hoge opslagcapaciteit van qubits. Door minder middelen te gebruiken en ruis te verminderen, hebben ze zeer nauwkeurige metingen verkregen van het gedrag van topologische toestanden en middenband spectras, zelfs voor theoretische materialen in hogere dimensies.

Lees ook:

Vandaag · 12:24

Groen proces zet plantafval om in vliegtuigbrandstof

De vooruitgang is essentieel omdat het aantoont dat quantum computing praktisch kan worden toegepast in materiaalkunde. Ondanks fouten in de huidige quantumapparaten, stellen de methoden van het team ons in staat om quantummaterialen te bestuderen die voorheen onbereikbaar waren. Dit suggereert dat we in de toekomst quantumcomputers kunnen gebruiken om nieuwe materialen met specifieke eigenschappen te creëren, wat grote veranderingen kan brengen in gebieden zoals elektronica, fotonica en quantuminformatie-verwerking.

De onderzoekers hebben hun werk gepubliceerd in Nature Communications en laten zien hoe hun bevindingen in de praktijk kunnen worden toegepast. Hun methode is schaalbaar en vormt zowel een wetenschappelijke prestatie als een stap vooruit in het gebruik van quantumtechnologie in materiaalkunde en andere disciplines.

Door gebruik te maken van geavanceerde simulatietechnieken in digitale quantumcomputers kunnen er aanzienlijke verbeteringen worden behaald in diverse vakgebieden, waaronder:

• Materiaaltechnologie: Het creëren van materialen met specifieke eigenschappen voor geavanceerde toepassingen.
• Quantumcomputing: Betere foutcorrectiemethoden om quantumapparaten effectiever te laten werken.
• Technologische toepassingen: Het bouwen van sterkere en efficiëntere systemen voor transport en communicatie.

Naarmate quantumtechnologie vordert, zullen we waarschijnlijk in staat zijn complexe topologische roosters te simuleren, wat nieuwe onderzoeksmogelijkheden en technologische doorbraken mogelijk maakt. De prestatie van het NUS-team bereidt ons voor op toekomstige ontdekkingen en toepassingen in het snelgroeiende gebied van quantum-materialen.