Nauji superlaidininkai galėtų sukurti greitesnius kvantinius kompiuterius

Netrukus gali atsirasti praktiški kvantiniai kompiuteriai, turintys didelę reikšmę viskam, pradedant vaistų atradimu ir baigiant kodų laužymu.

Žingsnis link geresnių kvantinių mašinų kūrimo, Oak Ridge nacionalinės laboratorijos mokslininkai neseniai išmatuotas elektros srovė tarp atomiškai aštraus metalinio galo ir superlaidininko. Šiuo nauju metodu itin tiksliai galima rasti susietus elektronus, kurie padėtų aptikti naujų rūšių superlaidininkus, kurie neturi elektrinės varžos.

„Superlaidžiosios grandinės yra dabartinės pirmaujančios aparatinės įrangos kvantinių bitų (kubitų) ir kvantinių vartų kūrimo lyderės.

Tobis Kubitas, „Phasecraft“, bendrovės, kuriančios kvantinių programų algoritmus, direktorius pasakojo „Lifewire“ interviu el. paštu. "Superlaidieji kubitai yra kietojo kūno elektros grandinės, kurios gali būti suprojektuotos labai tiksliai ir lanksčiai."

Baisus veiksmas

Kvantiniai kompiuteriai naudojasi tuo, kad elektronai gali per kosmosą pereiti iš vienos sistemos į kitą, naudodamiesi paslaptingomis kvantinės fizikos savybėmis. Jei elektronas susiporuoja su kitu elektronu toje vietoje, kur susitinka metalas ir superlaidininkas, jis gali sudaryti vadinamąją Kuperio porą. Superlaidininkas taip pat išskiria į metalą kitos rūšies dalelę, žinomą kaip Andrejevo atspindys. Tyrėjai ieškojo šių Andrejevo atspindžių, kad aptiktų Cooperio poras.

Oak Ridge mokslininkai išmatavo elektros srovę tarp atomiškai aštraus metalinio galo ir superlaidininko. Šis metodas leidžia jiems aptikti Andrejevo atspindžio, grįžtančio į superlaidininką, kiekį.

„Šis metodas nustato naują kritinę metodiką, leidžiančią suprasti egzotinių tipų vidinę kvantinę struktūrą superlaidininkai, žinomi kaip netradiciniai superlaidininkai, potencialiai leidžiantys mums išspręsti įvairias atviras kvantines problemas medžiagos, Jose Lado, Aalto universiteto, kuris suteikė teorinę paramą tyrimui, docentas, sakoma pranešime spaudai.

Igoris Zacharovasvyresnysis mokslinis bendradarbis Kvantinės informacijos apdorojimo laboratorijoje, Skoltech Maskvoje, Lifewire el. paštu pasakė, kad superlaidininkas yra Medžiagos būsena, kurioje elektronai nepraranda energijos sklaidydami ant branduolių, o elektros srovė gali tekėti nesumažėjęs.

„Nors elektronai ar branduoliai turi kvantines būsenas, kurias galima panaudoti skaičiavimams, superlaidžioji srovė elgiasi kaip makrokvantinis vienetas, turintis kvantinių savybių“, – pridūrė jis. „Todėl atkuriame situaciją, kai organizuoti galima panaudoti makrobūseną informacijos apdorojimas, nors jis turi akivaizdžių kvantinių efektų, kurie gali suteikti jai skaičiavimo pranašumas“.

Superlaidžioji ateitis

Cubittsaid, superlaidūs kvantiniai kompiuteriai šiuo metu lenkia konkurentų technologijas pagal procesoriaus dydį. „Google“ pademonstravo vadinamąjį „kvantinė viršenybė“ 53 kubitų superlaidžiame įrenginyje 2019 m. IBM neseniai pradėjo veikti kvantinis kompiuteris su 127 superlaidžiais kubitais ir Rigetti paskelbė 80 kubitų superlaidus lustas.

„Visos kvantinės aparatinės įrangos įmonės turi ambicingų planų, kaip artimiausioje ateityje padidinti savo kompiuterių mastelį“, – sakė Cubittadded. „Tai lėmė įvairios inžinerijos pažangos, kurios leido sukurti sudėtingesnius kubitų dizainus ir optimizuoti. Didžiausias šios technologijos iššūkis yra gerinti vartų kokybę, t. y. pagerinti tikslumą, kuriuo procesorius gali manipuliuoti informacija ir atlikti skaičiavimus.

Geresni superlaidininkai gali būti raktas į praktinių kvantinių kompiuterių kūrimą. Michaelas Biercukas, kvantinių skaičiavimų bendrovės Q-CTRL generalinis direktorius interviu el. paštu sakė, kad dauguma dabartinių kvantinių skaičiavimo sistemose naudojami niobio lydiniai ir aliuminis, kurių superlaidumas buvo atrastas XX a. šeštajame dešimtmetyje. ir 1960 m.

„Vienas didžiausių kvantinio skaičiavimo iššūkių šiandien yra susijęs su tuo, kaip galime padaryti, kad superlaidininkai veiktų dar geriau“, – pridūrė Biercukas. „Pavyzdžiui, nusėdusių metalų cheminės sudėties ar struktūros priemaišos gali sukelti triukšmo ir kvantinių kompiuterių našumo pablogėjimas – tai sukelia procesus, žinomus kaip dekoherence, kurių metu sistemos „kvantiškumas“ prarado“.

Zacharovas paaiškino, kad kvantiniam skaičiavimui reikalinga subtili pusiausvyra tarp kubito kokybės ir kubitų skaičiaus. Kiekvieną kartą, kai kubitas sąveikauja su aplinka, pavyzdžiui, gauna „programavimo“ signalus, jis gali prarasti susipainiojusią būseną.

„Nors matome nedidelę pažangą kiekvienoje iš nurodytų technologinių krypčių, jas sujungti į gerą veikiantį įrenginį vis dar sunku“, – pridūrė jis.

Kvantinio skaičiavimo „Šventasis Gralis“ yra įrenginys su šimtais kubitų ir mažu klaidų lygiu. Mokslininkai negali susitarti, kaip jie pasieks šį tikslą, tačiau vienas iš galimų atsakymų yra superlaidininkų naudojimas.

„Didėjantis kubitų skaičius silicio superlaidžiame įrenginyje pabrėžia milžiniško poreikį aušinimo mašinos, galinčios varyti didelius darbinius kiekius, artimus absoliutai nulinei temperatūrai. Zacharovas pasakė.