Uued ülijuhid võivad muuta kvantarvuteid kiiremaks
- Praktiliste kvantarvutite tegemine võib sõltuda paremate viiside leidmisest ülijuhtivate materjalide kasutamiseks, millel puudub elektritakistus.
- Oak Ridge'i riikliku labori teadlased on avastanud meetodi seotud elektronide äärmise täpsusega leidmiseks.
- Ülijuhtivad kvantarvutid edestavad praegu protsessori suuruse poolest konkureerivaid tehnoloogiaid.

gremlin / Getty Images
Peagi võivad saabuda praktilised kvantarvutid, millel on sügav mõju kõigele alates ravimite avastamisest kuni koodimurdmiseni.
Oak Ridge'i riikliku labori teadlased sammud paremate kvantmasinate ehitamise suunas hiljuti mõõdetud elektrivool aatomterava metalliotsa ja ülijuhi vahel. Selle uue meetodi abil on võimalik leida äärmise täpsusega seotud elektrone, mis võivad aidata tuvastada uut tüüpi ülijuhte, millel puudub elektritakistus.
"Ülijuhtivad ahelad on praegu esirinnas kvantbittide (kubittide) ja kvantväravate loomisel riistvaras." Toby Cubitt, rääkis kvantrakenduste algoritme koostava ettevõtte Phasecrafti direktor Lifewire'ile meiliintervjuus. "Ülijuhtivad kubitid on tahkis-elektriahelad, mida saab kujundada suure täpsuse ja paindlikkusega."
Õudne tegevus
Kvantarvutid kasutavad ära asjaolu, et elektronid saavad kvantfüüsika salapäraseid omadusi kasutades hüpata läbi ruumi ühest süsteemist teise. Kui elektron paaritub teise elektroniga just metalli ja ülijuhi kokkupuutepunktis, võib see moodustada nn Cooperi paari. Ülijuht vabastab metalli ka teist tüüpi osakese, mida tuntakse Andrejevi peegeldusena. Teadlased otsisid neid Andreevi peegeldusi, et tuvastada Cooperi paare.

Aalto Ülikool / Jose Lado
Oak Ridge'i teadlased mõõtsid elektrivoolu aatomterava metallotsa ja ülijuhi vahel. See lähenemine võimaldab neil tuvastada ülijuhti tagasi pöörduva Andrejevi peegelduse hulga.
"See meetod loob kriitilise uue metoodika eksootiliste tüüpide sisemise kvantstruktuuri mõistmiseks ülijuhid, mida tuntakse ebatavaliste ülijuhtidena, mis võivad potentsiaalselt võimaldada meil lahendada mitmesuguseid avatud kvantprobleeme materjalid, Jose Lado, ütles uuringule teoreetilist tuge pakkunud Aalto ülikooli dotsent pressiteates.
Igor ZacharovMoskvas asuva Skoltechi kvantteabe töötlemise labori vanemteadur ütles Lifewire'ile e-posti teel, et ülijuht on aine olek, milles elektronid ei kaota elektrivoolu juhtimisel tuumadele hajudes energiat ja elektrivool saab voolata raugemata.
"Kuigi elektronidel või tuumadel on kvantseisundid, mida saab arvutamiseks kasutada, käitub ülijuhtiv vool kvantomadustega makrokvantühikuna," lisas ta. „Seega taastume olukorra, kus organiseerimiseks võib kasutada aine makroolekut infotöötlust, kuigi sellel on ilmselgelt kvantefektid, mis võivad anda sellele arvutusliku mõju eelis."
Üks suurimaid väljakutseid kvantarvutuses on tänapäeval seotud sellega, kuidas saaksime ülijuhte veelgi paremaks muuta.
Ülijuhtiv tulevik
Ülijuhtivad kvantarvutid edestavad praegu protsessori suuruse poolest konkureerivaid tehnoloogiaid, Cubittsaid. Google demonstreeris nn.kvant ülimuslikkus" 53-kvbitisel ülijuhtival seadmel 2019. aastal. IBM käivitas hiljuti 127 ülijuhtiva kubitiga kvantarvuti ja Rigetti teatas 80-kubitine ülijuhtiv kiip.
"Kõigil kvantriistvaraettevõtetel on ambitsioonikad tegevusplaanid oma arvutite lähitulevikus skaleerimiseks," Cubitadded. "Seda on ajendanud mitmed edusammud inseneriteaduses, mis on võimaldanud välja töötada keerukamaid kubitikujundusi ja optimeerimist. Selle konkreetse tehnoloogia suurim väljakutse on väravate kvaliteedi parandamine, st täpsuse parandamine, millega protsessor saab teavet manipuleerida ja arvutusi käivitada.
Paremad ülijuhid võivad olla praktiliste kvantarvutite loomise võtmeks. Michael Biercuk, kvantarvutusettevõtte Q-CTRL tegevjuht ütles meiliintervjuus, et enamik praeguseid kvantarvutusi Arvutussüsteemides kasutatakse nioobiumisulameid ja alumiiniumi, milles ülijuhtivus avastati 1950. aastatel ja 1960. aastad.
"Üks suurimaid väljakutseid kvantarvutuses on tänapäeval seotud sellega, kuidas saaksime ülijuhte veelgi paremaks muuta," lisas Biercuk. "Näiteks sadestunud metallide keemilise koostise või struktuuri lisandid võivad põhjustada müra ja jõudluse halvenemine kvantarvutites – need viivad protsessideni, mida nimetatakse dekoherentsiks ja mille käigus süsteemi "kvantsus" on kadunud."
Zacharov selgitas, et kvantarvutus nõuab delikaatset tasakaalu kubiti kvaliteedi ja kubitide arvu vahel. Iga kord, kui kubit suhtleb keskkonnaga, näiteks võtab vastu signaale "programmeerimiseks", võib see kaotada oma takerdunud oleku.
"Kuigi me näeme igas näidatud tehnoloogilises suunas väikeseid edusamme, on nende ühendamine heas töökorras seadmeks endiselt raskesti mõistetav," lisas ta.
Kvantarvutite "Püha Graal" on seade, millel on sadu kubiteid ja madal veamäär. Teadlased ei jõua kokkuleppele, kuidas nad selle eesmärgi saavutavad, kuid üks võimalik vastus on ülijuhtide kasutamine.
"Ränist ülijuhtivas seadmes kasvavate kubitide arv rõhutab vajadust hiiglasliku järele jahutusmasinad, mis suudavad juhtida suuri töömahtusid absoluutse nulltemperatuuri lähedal. ütles Zacharov.