Jauni supravadītāji varētu padarīt kvantu datorus ātrākus
- Praktisku kvantu datoru izgatavošana varētu būt atkarīga no labāku veidu atrašanas, kā izmantot supravadošus materiālus, kuriem nav elektriskās pretestības.
- Pētnieki Oak Ridge National Laboratory ir atklājuši metodi saistītu elektronu atrašanai ar ārkārtēju precizitāti.
- Supravadošie kvantu datori pašlaik pārspēj konkurējošās tehnoloģijas procesora izmēra ziņā.
gremlin / Getty Images
Drīzumā varētu parādīties praktiski kvantu datori, kas būtiski ietekmēs visu, sākot no zāļu atklāšanas līdz koda laušanai.
Soli ceļā uz labāku kvantu mašīnu izveidi, pētnieki Oak Ridge National Laboratory nesen izmērīts elektriskā strāva starp atomiski asu metāla galu un supravadītāju. Šī jaunā metode var atrast saistītus elektronus ar īpašu precizitāti kustībā, kas varētu palīdzēt atklāt jauna veida supravadītājus, kuriem nav elektriskās pretestības.
"Supravadošās shēmas ir pašreizējās vadošās aparatūras kvantu bitu (kubitu) un kvantu vārtu izveides līderis." Tobijs Kabits, uzņēmuma Phasecraft direktors, kas veido algoritmus kvantu lietojumprogrammām, pastāstīja Lifewire e-pasta intervijā. "Supravadošie kubiti ir cietvielu elektriskās ķēdes, kuras var veidot ar augstu precizitāti un elastību."
Spokaina darbība
Kvantu datori izmanto to, ka elektroni var pāriet no vienas sistēmas uz otru caur telpu, izmantojot kvantu fizikas noslēpumainās īpašības. Ja elektrons savienojas pārī ar citu elektronu tieši tajā vietā, kur satiekas metāls un supravadītājs, tas varētu izveidot tā saukto Kūpera pāri. Supravadītājs metālā izdala arī cita veida daļiņas, kas pazīstamas kā Andrejeva atspulgs. Pētnieki meklēja šos Andrejeva atspulgus, lai atklātu Kūpera pārus.
Aalto universitāte / Hosē Lado
Oak Ridge zinātnieki izmērīja elektrisko strāvu starp atomiski asu metāla galu un supravadītāju. Šī pieeja ļauj viņiem noteikt Andrejeva atstarošanas daudzumu, kas atgriežas supravadītājā.
"Šī tehnika izveido jaunu kritisku metodoloģiju, lai izprastu eksotisko veidu iekšējo kvantu struktūru supravadītāji, kas pazīstami kā netradicionālie supravadītāji, kas potenciāli ļauj mums risināt dažādas atklātas kvantu problēmas materiāli, Hosē Lado, Aalto universitātes docents, kas sniedza teorētisku atbalstu pētījumam, teikts ziņu izlaidumā.
Igors Začarovs, vecākais pētnieks Kvantu informācijas apstrādes laboratorijā Skoltech Maskavā Lifewire pa e-pastu pastāstīja, ka supravadītājs ir vielas stāvoklis, kurā elektroni, vadot elektrisko strāvu, nezaudē enerģiju, izkliedējoties uz kodoliem, un elektriskā strāva var plūst nemainās.
"Lai gan elektroniem vai kodoliem ir kvantu stāvokļi, kurus var izmantot aprēķiniem, supravadītāja strāva darbojas kā makrokvantu vienība ar kvantu īpašībām," viņš piebilda. "Tāpēc mēs atgūstam situāciju, kurā organizēšanai var izmantot vielas makro stāvokli informācijas apstrādi, lai gan tai ir acīmredzami kvantu efekti, kas var dot tai skaitļošanas efektu priekšrocība."
Viens no lielākajiem izaicinājumiem kvantu skaitļošanā mūsdienās ir saistīts ar to, kā mēs varam padarīt supravadītājus vēl labākus.
Supravadītāja nākotne
Supravadošie kvantu datori pašlaik pārspēj konkurējošās tehnoloģijas procesora izmēra ziņā, Cubittsaid. Google demonstrēja t.s.kvantu pārākums53 kubitu supravadītājā ierīcē 2019. gadā. IBM nesen sāka darbību kvantu dators ar 127 supravadošiem kubitiem un Rigetti ir paziņojis 80 kubitu supravadoša mikroshēma.
"Visiem kvantu aparatūras uzņēmumiem ir vērienīgi ceļveži, lai tuvākajā nākotnē palielinātu savu datoru mērogu," Cubittadded. "To veicināja virkne sasniegumu inženierzinātnēs, kas ir ļāvuši izstrādāt sarežģītākus kubitu dizainus un optimizāciju. Lielākais izaicinājums šai konkrētajai tehnoloģijai ir vārtu kvalitātes uzlabošana, t.i., uzlabot precizitāti, ar kādu procesors var manipulēt ar informāciju un veikt aprēķinus.
Labāki supravadītāji var būt galvenais, lai izveidotu praktiskus kvantu datorus. Maikls Biercuks, kvantu skaitļošanas uzņēmuma Q-CTRL izpilddirektors e-pasta intervijā sacīja, ka lielākā daļa pašreizējo kvantu skaitļošanas sistēmās tiek izmantoti niobija sakausējumi un alumīnijs, kuros supravadītspēja tika atklāta pagājušā gadsimta piecdesmitajos gados un 1960. gadi.
"Viens no mūsdienu lielākajiem izaicinājumiem kvantu skaitļošanā ir saistīts ar to, kā mēs varam padarīt supravadītājus vēl labākus," piebilda Biercuks. "Piemēram, piemaisījumi nogulsnēto metālu ķīmiskajā sastāvā vai struktūrā var radīt trokšņa avotus un veiktspējas pasliktināšanās kvantu datoros — tie noved pie procesiem, kas pazīstami kā dekoherence, kuros sistēmas "kvantitāte" tiek samazināta. zaudēja."
Kvantu skaitļošanai ir nepieciešams smalks līdzsvars starp kubitu kvalitāti un kubitu skaitu, skaidroja Zaharovs. Katru reizi, kad kubits mijiedarbojas ar vidi, piemēram, saņem signālus “programmēšanai”, tas var zaudēt savu sapinušo stāvokli.
"Lai gan mēs redzam nelielus sasniegumus katrā no norādītajiem tehnoloģiskajiem virzieniem, to apvienošana labā darba ierīcē joprojām ir nenotverama," viņš piebilda.
Kvantu skaitļošanas "Svētais Grāls" ir ierīce ar simtiem kubitu un zemu kļūdu līmeni. Zinātnieki nevar vienoties par to, kā viņi sasniegs šo mērķi, taču viena no iespējamām atbildēm ir supravadītāju izmantošana.
"Pieaugošais kubitu skaits silīcija supravadītāja ierīcē uzsver nepieciešamību pēc milzu dzesēšanas iekārtas, kas var darbināt lielus darbības apjomus tuvu absolūtai nulles temperatūrai. Zaharovs teica.