„Das erste Mal, dass ich die U of S besuchte, war während eines Tages der offenen Tür“, sagte Teixeira, eine Studentin am U of S College of Arts and Sciences.
„Ich wurde an diesem Morgen zu einem Mathekurs eingeladen. Glücklicherweise habe ich die Begrüßungsveranstaltung verpasst, um an der Konferenz teilzunehmen. Nach diesem Tag war ich fest entschlossen, mathematische Physik zu studieren.
Unter der Leitung von Dr. Steven Rayan (PhD), Direktor des Zentrums für Quantentopologie und ihre Anwendungen (quanTA) und Fakultätsmitglied der Abteilung für Mathematik und Statistik des College of Arts and Sciences, begann Teixeira mit dem Studium der Funktionsweise von Quanten Computer als Teil seines Honours Degree in mathematischer Physik.
Herkömmliche Computer verwenden kleine Informationen, die Bits genannt werden, um zu funktionieren. Bits können in einem “Ein”- oder “Aus”-Zustand arbeiten, wie ein Lichtschalter, was dem Computer hilft, Informationen zu klassifizieren und zu verarbeiten. Alternativ verwenden Quantencomputer Quantenteilchen, sogenannte Qubits. Anstatt als Schalter zu fungieren, haben Quantenteilchen einen Spin. Welche Richtung auch immer der Spin des Teilchens beobachtet wird, wird als “Zustand” bezeichnet.
„Das Widersprüchliche an einem Qubit ist, dass es sich in mehreren Zuständen gleichzeitig befinden kann“, sagte Teixeira.
„Wenn Sie überprüfen, in welchem Zustand es sich befindet, wird es auf einen einzigen Zustand eingegrenzt. Es ist eine gewisse Zufälligkeit beteiligt – wir kennen nur die Wahrscheinlichkeit, das Qubit in einem bestimmten Zustand zu finden.
Quantencomputer nutzen diese Wahrscheinlichkeiten, komplexe Mathematik und äußerst sensible Technik und ermöglichen im Vergleich zu klassischen Computern viel schnellere Berechnungen. Aufgrund ihrer einzigartigen Arbeitsweise auf mathematischer und physikalischer Ebene können Quantencomputer Modelle von Molekülen genauer darstellen, was sie besonders nützlich für die Entwicklung neuer Medikamente und Behandlungen macht.
„Ihre Rechengeschwindigkeit ist nützlich für maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz“, sagte Teixeira.
„Da wir Quantencomputer bauen, die mehr Qubits enthalten, werden die Einsatzmöglichkeiten für diese Computer sicher zunehmen.“
Teixeira studierte ein bestimmtes Gebiet der Mathematik, genannt „Lie-Algebren“, um sein Verständnis des Quantencomputings weiterzuentwickeln. Anstatt nur Bits in ihrem Ein/Aus-Zustand zu betrachten, öffnet dieser mathematische Ansatz die Tür zu einer möglichen dritten Option.
Während weitere Forschungen erforderlich sind, um festzustellen, wie diese komplexen Logikmodelle physikalisch realisiert werden können, nimmt die Fähigkeit von Qubits, auf natürliche Weise zusätzliche Zustände anzunehmen, bereits neue Arten der Quantenprogrammierung vorweg, was in einer Zeit spannend ist, in der die Industrie nach Wegen sucht, dies zu demonstrieren Macht des Quantencomputings.
„Beim Quantencomputing werden noch einige Details entschieden. Beispielsweise wurde erst vor kurzem mit dem Bau von Quantencomputern begonnen, und es gibt mehrere Möglichkeiten, ein Qubit physikalisch darzustellen“, sagte Teixeira.
„Bevor wir also ein Standardsystem für Quantencomputing etablieren, wollen wir mehrere Optionen untersuchen. Noch wichtiger ist, dass wir ihr volles Potenzial nutzen wollen.
Teixeiras Forschung wurde von der U of S und dem Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada durch das wettbewerbsfähige Undergraduate Student Research Fellowship-Programm der Agentur unterstützt.
Dieser Artikel wurde erstmals im Rahmen der Reihe Young Innovators 2022 veröffentlicht, eine Initiative des USask Research Profile and Impact Office in Partnerschaft mit der Saskatoon StarPhoenix.