Elektron mikroskop va kvant kompyuter: g'alati juftlik

Keling, biror narsani tasavvur qilaylik.

Siz olimsiz. Ko'rishingiz kerak bo'lgan narsa — bir dona oqsil molekulasi. Bu judda kichikki, oddiy yorug'lik mikroskoplari bu ishdagi boqiyat.

Shuning uchun elektron mikroskopga murojaat qilasiz.

Lekin muammo bor: sizning namunangiz juda nimjon. Har bir elektron — bu uning ustidan bolta chalish bilan bir xil. Ko'p marta qilsangiz, sifatli rasm olmasdan oldin namunangiz buzilib ketadi.

Aynan shu muammoni Vena Texnologiya Universiteti (Avstriyadagi TU Wien) tadqiqotchilari o'ylab ko'ryapti. Ularning yechimi? Elektron mikroskopni kvant kompyuteriga ulash.

Nega kvant kompyuteri kerak?

Yaxshi savol. Buni oddiy qilib tushuntiraman.

Oddiy elektron mikroskopda olimlar asosan elektronlarni sanaydilar. Elektron namuna ustidan sakrab o'tadi, qurilma uni qabul qiladi, va shunday qilib tasvir shakllanaveradi. Bu sekin-asta suratga olishga o'xshaydi — butun yorug'lik o'rniga alohida fotonlar bilan.

Lekin muhim jihat: har bir elektron ichida qo'shimcha kvant ma'lumotlari bo'ladi. Odатda ular behuda ketadi. Kvant fizikasi zarralarga g'alati usullarda axborot almashishga ruxsat beradi — ular "chigal" holatga tushishi mumkin. Bitta zarraga nima bo'lsa, ikkinchisiga ham darhol ta'sir qiladi, hatto katta masofalarda ham.

Avstriyalik jamoa shunday fikrga keldi: agar shu kvant ma'lumotini yo'qotmasdan ushlab qolsak-chi?

Aqlli hiyla

Ulaming g'oyasi shunday: elektronlar, elektron nuri yo'liga qo'yilgan ionlar (zaryadlangan atomlar) bilan o'zaro ta'sir qilsin. Elektron ion yonidan o'tganda, ular kvant jihatdan chigal holatga tushishi mumkin. Elektron va ion endi birgalikda kvant holatini bo'lishadi — deyarli kvant miqyosida qo'l tutishgan kabi.

Endi eng qiziq qismi: birinchi elektron ion bilan ta'sirlashgandan so'ng, ikkinchi elektron ham shunday qilishi mumkin. Keyin uchinchi. To'rtinchi. Har biri kvant kompyuterning ionlari bilan chigal bo'ladi.

Bu ta'sirlanishlar orasida maxsus kvant operatsiyalarini bajarib, tizim ko'plab elektronlardan ma'lumotni birlashtiradi. Natijada zaif signallar kuchliroq bo'lib qoladi. Deyarli kvant kompyuter "barcha elektronlarni bir vaqtda eshitadi" va shovqin ichidagi naqshlarni ajratib oladi.

"Konsepsiyamiz — elektronlarni kvant kompyuter bilan birlashtirish," diydi Elias Peskoller, loyiha ustida ishlagan doktorant. "Ularni elektron nuri yo'liga joylashtirilgan ionlar bilan ta'sirlashuviga ruxsat beramiz. Natijada, masalan, elektron va kvant kompyuter orasida kvant chigalligi paydo bo'ladi. Elektron va ion endi birgalikda kvant holatini bo'lishadi."

Bu nimaga olib kelishi mumkin

Agar bu ishlasa — va hozircha faqat qurilmoqda va sinovdan o'tkazilmoqda — bu biologik namunalarni o'rganishda inqilob bo'lishi mumkin. Oqsillar, hujayra tuzilmalari va boshqa nozik materiallarni kamroq elektron "urishlar" bilan tasvirlash mumkin bo'ladi. Shikastlanish kamayadi, lekin tasvir sifatli qoladi.

Jamoa matematik jihatdan bu yondashuv ishlayotganini ko'rsatdi. Ular isbotladiki, kvant fizikasi oddiy elektron mikroskoplarining statistik cheklovlarini yengishga imkon beradi. Endi eng qiyin qismi keldi: uni amalda yaratish va ishlashini ko'rsatish.

TU Wien mikroskopiya markazida elektron mikroskopga Innsbruk Universitetida ishlab chiqilgan ion tutqichli kvant kompyuter integratsiya qilinmoqda. Bu nazariy mashq emas, haqiqiy prototip.

Mening fikrim

Menga bunday hikoyalar yoqadi. Ular ko'rsatadiki, kvant hisoblash — bu faqat ba'zi matematik masalalarni tezroq yechadigan kompyuterlar qurish haqida emas. Ba'zan bu — kvant mexanikasini mavjud texnologiyalar bilan zukko yangi usullarda birlashtirish haqida.

Elektron mikroskop deyarli bir asr oldin ixtiro qilingan. Kvant kompyuter esa amaliy ma'noda bitta o'n yillikdan ham kamroq. Va endi kimdir ularni birlashtirish g'oyasini topdi. Ilm-fan ba'zan yangi asboblar tufayli emas, balki mavjud asboblardan qanday foydalanishni yaxshiroq o'ylash tufayli rivojlanadi.

Prototip o'z va'dasini bajara oladimi — kutyishga to'g'ri keladi. Lekin hatto konsepsiya sifatida ham bu loyiha meni shunday o'ylashga majbur qiladi: eng qiziqarli yutuqlar ko'pincha turli sohalarning kesishmasida yuzaga keladi. Bu holatda — kvant fizikasi, mikroskopiya va kompyuter fanlari birga chigal bo'lyapti.