Novi supervodiči mogli bi napraviti brža kvantna računala

Praktična kvantna računala uskoro bi mogla doći s dubokim implikacijama za sve, od otkrivanja lijekova do razbijanja kodova.

U koraku prema izgradnji boljih kvantnih strojeva, istraživači iz Nacionalnog laboratorija Oak Ridge nedavno izmjereno električna struja između atomski oštrog metalnog vrha i supravodiča. Ova nova metoda može pronaći povezane elektrone s iznimnom preciznošću u pokretu koji bi mogao pomoći u otkrivanju novih vrsta supravodiča, koji nemaju električni otpor.

"Supervodljivi krugovi su trenutni predvodnik za izgradnju kvantnih bitova (kubita) i kvantnih vrata u hardveru",

Toby Cubitt, rekao je za Lifewire u intervjuu e-poštom direktor Phasecrafta, tvrtke koja gradi algoritme za kvantne aplikacije. "Supervodljivi kubiti su električni krugovi u čvrstom stanju, koji se mogu dizajnirati s velikom točnošću i fleksibilnošću."

Sablasna akcija

Kvantna računala iskorištavaju činjenicu da elektroni mogu skakati iz jednog sustava u drugi kroz svemir koristeći tajanstvena svojstva kvantne fizike. Ako se elektron upari s drugim elektronom točno na mjestu gdje se susreću metal i supravodič, mogao bi formirati ono što se zove Cooperov par. Supervodič također oslobađa drugu vrstu čestica u metal, poznatu kao Andrejevljeva refleksija. Istraživači su tražili ove Andrejevske refleksije kako bi otkrili Cooperove parove.

Znanstvenici iz Oak Ridgea izmjerili su električnu struju između atomski oštrog metalnog vrha i supravodiča. Ovaj pristup im omogućuje otkrivanje količine Andrejevske refleksije koja se vraća u supravodič.

"Ova tehnika uspostavlja kritičnu novu metodologiju za razumijevanje unutarnje kvantne strukture egzotičnih vrsta supravodiči poznati kao nekonvencionalni supravodiči, potencijalno nam omogućujući rješavanje raznih otvorenih problema u kvantnoj materijali, Jose Lado, docent na Sveučilištu Aalto, koje je pružilo teorijsku potporu istraživanju, rekao je u priopćenju za javnost.

Igor Zacharov, viši znanstvenik u Laboratoriju za kvantnu obradu informacija, Skoltech u Moskvi, rekao je za Lifewire putem e-pošte da je supravodič stanje tvari u kojem elektroni ne gube energiju raspršivanjem na jezgri pri vođenju električne struje i električna struja može teći nesmanjenim.

"Dok elektroni ili jezgre imaju kvantna stanja koja se mogu iskoristiti za računanje, supravodljiva struja se ponaša kao makro kvantna jedinica s kvantnim svojstvima", dodao je. „Stoga vraćamo situaciju u kojoj se makro stanje materije može koristiti za organiziranje obrada informacija dok ima očito kvantne učinke koji mu mogu dati računski prednost."

Supravodljiva budućnost

Supravodljiva kvantna računala trenutno nadmašuju konkurentske tehnologije u pogledu veličine procesora, Cubittsaid. Google je demonstrirao tzv.kvantna nadmoć" na 53-kubitnom supravodljivom uređaju 2019. IBM je nedavno lansiran kvantno računalo sa 127 supravodljivih kubita, i objavio je Rigetti 80-kubitni supravodljivi čip.

"Sve tvrtke za kvantni hardver imaju ambiciozne planove za povećanje svojih računala u bliskoj budućnosti", Cubittadded. „Ovo je potaknuto nizom napretka u inženjerstvu, koji je omogućio razvoj sofisticiranijih dizajna kubita i optimizaciju. Najveći izazov za ovu konkretnu tehnologiju je poboljšanje kvalitete vrata, tj. poboljšanje točnosti s kojom procesor može manipulirati informacijama i izvoditi računanje."

Bolji supravodiči mogu biti ključni za izradu praktičnih kvantnih računala. Michael Biercuk, izvršni direktor tvrtke za kvantno računanje Q-CTRL, rekao je u intervjuu e-poštom da je najnoviji kvantni računalni sustavi koriste legure niobija i aluminija, u kojima je supravodljivost otkrivena 1950-ih i 1960-ih.

"Jedan od najvećih izazova u kvantnom računarstvu današnjice odnosi se na to kako možemo učiniti da supravodičici rade još bolje", dodao je Biercuk. "Na primjer, nečistoće u kemijskom sastavu ili strukturi taloženih metala mogu uzrokovati izvore buke i degradacija performansi u kvantnim računalima - oni dovode do procesa poznatih kao dekoherencija u kojima je 'kvantnost' sustava izgubljen."

Kvantno računanje zahtijeva delikatnu ravnotežu između kvalitete kubita i broja kubita, objasnio je Zacharov. Svaki put kad kubit stupi u interakciju s okolinom, kao što je primanje signala za 'programiranje', mogao bi izgubiti svoje zapleteno stanje.

"Iako vidimo mali napredak u svakom od navedenih tehnoloških smjerova, njihovo kombiniranje u dobar radni uređaj je još uvijek nedostižno", dodao je.

'Sveti gral' kvantnog računalstva je uređaj sa stotinama kubita i niskim stopama pogrešaka. Znanstvenici se ne mogu složiti oko toga kako će postići ovaj cilj, ali jedan od mogućih odgovora je korištenje supravodnika.

"Sve veći broj kubita u silicijskom supravodljivom uređaju naglašava potrebu za ogromnim rashladni strojevi koji mogu pokretati velike radne zapremine blizu temperature apsolutne nule", rekao je Zacharov.