Что, если электрическая энергия не ослабевает во время передачи? Что, если бы компьютер обладал экспоненциальной скоростью вычислений и идеальной точностью? Профессор Дункан Холдейн однажды попытался ответить на этот вопрос. Осенью 2016 года этот физик и двое его друзей получили Нобелевскую премию по физике за «теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз материи»!
Проще говоря, с помощью различных тщательных экспериментов они обнаружили, что даже мельчайшие микроскопические частицы могут обладать макроскопическими свойствами и иметь топологическую фазу.
Чтобы понять, что это означало, требовалось понимание топологии. Все знали, что математики смотрят на проблемы с другой точки зрения. Они часто видят вещи такими, какие они есть. Топология — это дисциплина, изучающая геометрические фигуры и пространства, которые остаются неизменными при преобразованиях. Один из самых классических примеров в топологии — это то, что кофейная кружка и пончик топологически одинаковы, потому что, как и у пончика, у кофейной кружки есть отверстие в ручке.
Поскольку у них обоих было по одному отверстию, пончик можно было превратить в кофейную кружку путём плавной деформации, и наоборот… Хотя большинству людей это может показаться непонятным или даже необъяснимым, на самом деле этот метод математического преобразования способствовал многим интересным открытиям в других областях. Это было особенно актуально в области физики и материаловедения. Многие удивительные открытия 1980-х годов были сделаны с помощью топологических методов, которые обеспечили теоретическую базу. Долгое время люди привыкли использовать топологию для решения задач макромасштаба. До сих пор не было подтверждено, что топологию можно использовать для субатомных частиц, таких как электроны и фотоны. Поскольку на эти крошечные частицы влияли особые законы квантовой физики, их размеры, положение и даже форма постоянно находились в неопределённом состоянии. Однако Нобелевская премия по физике 2016 года дала однозначный ответ на этот вопрос. Который заключался в том, что эти субатомные частицы в микроскопическом мире обладали топологическими характеристиками!
Эта теория, очевидно, никак не повлияла на повседневную жизнь людей, но открыла новый мир в области электронной инженерии!
В удивительном квантовом мире эти материалы демонстрировали поразительную стабильность и замечательные свойства в особой фазе вещества. Самым типичным примером были топологические изоляторы.
Эта характеристика была обнаружена в графеновых материалах, что напрямую привело к созданию сверхпроводящих чипов SG-1 на основе углерода. С другой стороны, это свойство также способствовало исследованиям в области квантовых вычислений.
Квантовый компьютер использовал принцип, согласно которому субатомные частицы могут находиться в разных состояниях одновременно и хранить информацию в так называемом квантовом бите (кубите). Благодаря этой характеристике квантовые компьютеры могли решать задачи экспоненциально быстрее, чем традиционные компьютеры.
Однако проблема заключалась в том, что субатомные частицы, в которых хранились данные, были хрупкими и нестабильными. Даже небольшое воздействие могло изменить их состояние.
Именно это и называлось «декогеренцией». В среде квантовой механики любое возмущение может изменить или даже разрушить запутанное состояние кубита!
Одним из способов решения этой проблемы было использование либо шумоподавления, либо технологии защиты от помех, либо и того, и другого. Независимо от того, какой технический путь был выбран, им нужно было найти способ стабилизировать субатомные частицы. Это было одной из главных проблем в исследованиях и разработках квантовых компьютеров.
Это также было чем- то, что исследовал Лу Чжоу…
Институт перспективных исследований Цзиньлин, подземная лаборатория третьего уровня.
Пустое помещение, которое использовалось для хранения образцов, теперь заполнялось недавно приобретённым оборудованием.
В их число входили многофункциональные машины для измерения физических свойств, шагомеры, вибрирующие образцы магнитометров, тестеры высоко- и низкотемпературного магнитосопротивления, а также сублимационная сушилка In Situ. Хотя это и не был полный набор оборудования, в нём были все необходимые приборы.
Кроме того, помимо этих нескольких основных приборов для исследования углеродных материалов, у него был 3D-принтер с УФ-отверждением и точностью до 8 микрон. В основном он использовался для печати пластиковых форм, которые применялись в экспериментах.
Тонкую плёнку размером с большой палец аккуратно поместили в магнетронную установку для атомно-слоевого осаждения. Лу Чжоу тщательно использовал данные эксперимента, чтобы задать новые параметры эксперимента на компьютере.
Закончив всё это, он наконец вздохнул с облегчением и нажал кнопку «Ввод» на клавиатуре.
Загорелся зелёный сигнальный огонёк. Внутри лаборатории заработала машина.
Лу Чжоу взял свою кружку с кофе и сел на стул. Он посмотрел на часы и задумался, чем бы занять себя. Внезапно сбоку подлетел дрон Сяо Ай.
Сяо Ай: [Мастер, Мастер! Только что произошло нечто невероятное! (≧ω≦*)]
Лу Чжоу посмотрел на маленький экран, парящий в воздухе, и спросил: «Ты повысила уровень?»
Сяо Ай: [Что? Ты знал? (°△°|||)]
Лу Чжоу: “…”
Эта штука действительно повысила уровень?… или понизила? Лу Чжоу вздохнул и не обратил внимания на искусственную задержку. Он закрыл глаза и погрузился в системное пространство. Накопление очков опыта в области искусственного интеллекта синхронизировалось с накоплением очков опыта в области информатики. Как только уровень Сяо Ай повысился до 4-го, его уровень в области информатики повысился с 4-го до 5-го. Даже если он не находился в системном пространстве, он всё равно мог увидеть уведомление о своём обновлении.
[…]
[G. Информатика: уровень 5 (0/300 000)]
После того, как Лу Чжоу посмотрел на свою характерную панель, он потер подбородок.
Как он и предполагал, он мог получать очки опыта искусственного интеллекта, позволяя Сяо Ай наблюдать за поведением людей в мире виртуальной реальности. На самом деле, казалось, что искусственный интеллект зависит от социологических знаний. Однако Лу Чжоу не слишком обращал внимание на успехи Сяо Ай. Проверив свою панель характеристик в системном пространстве, он вернулся в реальный мир. Он открыл глаза и уставился на беспилотник, парящий перед ним.
Сяо Ай: [Хозяин, хозяин, разве ты не похвалишь Сяо Ай? (*/ω*)]
Читайте ранобэ Передовая Технологическая Система Учёного на Ranobelib.ru
Лу Чжоу: “Да, отличная работа”.
Сяо Ай: [Спасибо тебе!]
Лу Чжоу сделал вид, что не видит текст на экране. Говоря это, он посмотрел на часы.
“… Я думаю, что уже почти пора”.
Лампочка на стоявшем поблизости автомате сменила цвет с зеленого на красный.
Лу Чжоу сразу же сказал: «Сяо Ай, включи сублимационную сушку».
Сяо Ай: [Хорошо… (○`3’○)]
Хотя Сяо Ай, казалось, не хотела этого делать, она всё равно послушно выполняла приказы Лу Чжоу. Лу Чжоу чувствовал, что его маленький приятель становится всё более разумным… Почти как человек? Лу Чжоу не был уверен, хорошо ли это. В конце концов, то, как искусственный интеллект обрабатывает информацию, и то, как человеческий мозг обрабатывает информацию, — совершенно разные вещи. Один использует логику для определения эмоций, а другой использует эмоции для управления логикой.
Может быть, искусственный интеллект — это новый вид? Еще слишком рано делать какие-либо выводы.
Будучи «опекуном» Сяо Ай, Лу Чжоу отвечал за наблюдение за ростом Сяо Ай. Но пока что казалось, что малыш всё ещё довольно послушен. Сяо Ай играла роль помощника как в жизни Лу Чжоу, так и в его научных исследованиях. Сяо Ай всегда выполняла его приказы без колебаний.
Может быть, он слишком сильно волнуется?
С помощью Сяо Ай Лу Чжоу перенёс образец лиофилизированной углеродной плёнки из установки для магнетронного распыления в сублимационную сушилку. Затем он использовал металлографический микроскоп для тщательного анализа плёнки перед записью результатов эксперимента.
У него было более 30 000 общих баллов. Согласно системе, ему нужно было набрать 120 000 общих баллов, чтобы получить полный набор чертежей для технологии квантовых вычислений. На самом деле, это число было завышено. Если бы он разделил задачи и решил часть проблем, связанных с технологией, он мог бы снизить общую стоимость более чем на 80%!
К настоящему моменту он потратил 20 000 общих баллов, чтобы преодолеть несколько ключевых препятствий в исследованиях. Он использовал свои знания об углеродных материалах, изоляторах Мотта и фермионах Майораны, чтобы решить некоторые фундаментальные проблемы. Например, он соединил топологический изолятор с фермионами Майораны со сверхпроводником толщиной в один атом. Это не повлияло на стабильность фермионов Майораны. С помощью специального материала с топологической фазой субатомные частицы можно защитить от помех. По сути, сформированные кубиты не разрушались из-за небольших локальных помех. Они были гораздо более стабильными, чем обычные кубиты, что позволяло квантовым компьютерам вычислять нужные ответы более точно и эффективно. Это спасло Лу Чжоу как минимум 100 000 очков. Таким образом, он мог бы использовать свои общие соображения для решения более сложных задач.
Это была одна из причин, почему “знание — сила”.
Тщательно выполнив последний этап эксперимента, Лу Чжоу поместил слой полупрозрачного графенового листа на заранее подготовленную форму для схемы.
На его лице была искренняя улыбка, как будто он смотрел на произведение искусства.
“Все тесты производительности соответствуют нашим ожиданиям.
“Это идеально!
«Как и ожидалось, фермион Майораны — лучший выбор для квантовых вычислений!»
Оставалось только проверить, стоят ли 20 000 общих баллов, которые он потратил, того, чтобы их заработать.
Когда Лу Чжоу уже собирался нажать кнопку питания, его сердце чуть не выпрыгнуло из груди.
Как только он нажал кнопку, похожий на плёнку компьютерный чип начал выполнять заданный сценарий. Сигнал обрабатывался логической схемой, а затем передавался на дисплей. Вскоре на дисплее появилась строка символов.
[Привет, мир.]
Когда Лу Чжоу увидел символы на экране, он сжал кулаки и чуть не вскочил со стула.
“Да!”
Лу Чжоу был озадачен собственной реакцией. Он быстро начал проверять условия эксплуатации машины. После того, как Лу Чжоу увидел, что «похожий на плёнку» компьютерный чип стабильно работает и не подвержен коллапсу запутанности кубитов, на его лице наконец появилась уверенная улыбка.
Похоже, на этот раз… Мы сделали это!
