Jak materiały 2D mogą prowadzić do szybszych komputerów

Niedawne postępy w fizyce mogą oznaczać znacznie szybsze komputery, co doprowadzi do rewolucji we wszystkim, od odkrycia leków po zrozumienie skutków zmiany klimatu, twierdzą eksperci.

Naukowcy wykryli i zmapowali spiny elektroniczne w tranzystorze nowego typu. Badania te mogą zaowocować szybszymi komputerami, które będą wykorzystywać naturalny magnetyzm elektronów, a nie tylko ich ładunek. Odkrycie może być częścią nadchodzącej rewolucji w dziedzinie komputerów kwantowych.

„Komputery kwantowe przetwarzają informacje w zasadniczo inny sposób niż klasyczne komputery, które im to umożliwiają rozwiązywać problemy, których praktycznie nie da się rozwiązać za pomocą współczesnych klasycznych komputerów” – John Levy, współzałożyciel i dyrektor generalny firmy the

firma zajmująca się obliczeniami kwantowymi Seeqc– powiedział w wywiadzie e-mailowym.

„Na przykład w eksperymencie przeprowadzonym przez Google i NASA wygenerowano wyniki z konkretnego zastosowania kwantowego w ciągu niewielkiej liczby minut w porównaniu z szacowanymi 10 000 lat potrzebny byłby najpotężniejszy superkomputer na świecie świat."

Materiały dwuwymiarowe

W ramach niedawnego odkrycia naukowcy zbadali nowy obszar zwany spintroniką, który wykorzystuje spin elektronów do wykonywania obliczeń. Obecna elektronika wykorzystuje ładunek elektronów do wykonywania obliczeń. Jednak monitorowanie spinu elektronów okazało się trudne.

Zespół kierowany przez Zakład Inżynierii Materiałowej Uniwersytetu im Uniwersytet w Tsukubie twierdzi, że wykorzystał elektronowy rezonans spinowy (ESR) do monitorowania liczby i lokalizacji niesparowanych spinów przechodzących przez tranzystor dwusiarczku molibdenu. ESR wykorzystuje tę samą zasadę fizyczną, co maszyny MRI, które tworzą obrazy medyczne.

Aby zmierzyć tranzystor, urządzenie musiało zostać schłodzone do zaledwie 4 stopni powyżej zera absolutnego. „Sygnały ESR mierzono jednocześnie z prądami drenu i bramki” – powiedział w swoim artykule profesor Kazuhiro Marumoto, współautor badania. Informacja prasowa.

Zastosowano związek zwany dwusiarczkiem molibdenu, ponieważ jego atomy tworzą prawie płaską dwuwymiarową (2D) strukturę. „Obliczenia teoretyczne pozwoliły na dalsze ustalenie pochodzenia spinów” – stwierdziła w notatce prasowej profesor Małgorzata Wierzbowska, kolejna współautorka.

Postępy w informatyce kwantowej

Obliczenia kwantowe to kolejna dziedzina informatyki, która szybko się rozwija. Honeywella niedawno ogłoszone że ustanowił nowy rekord objętości kwantowej, będącej miarą ogólnej wydajności.

„Ta wysoka wydajność w połączeniu z niskim błędem pomiaru w obwodzie środkowym zapewnia unikalne możliwości, dzięki którym twórcy algorytmów kwantowych mogą wprowadzać innowacje” – stwierdziła firma w komunikacie.

Podczas gdy klasyczne komputery opierają się na bitach binarnych (jedynkach lub zerach), komputery kwantowe przetwarzają informacje za pomocą kubitów, które, ponieważ mechaniki kwantowej może istnieć jako jeden, zero lub oba jednocześnie – wykładniczo zwiększając moc obliczeniową, Levy powiedział.

Levy powiedział, że komputery kwantowe mogą obsługiwać szereg istotnych problemów naukowych i biznesowych, które wcześniej uważano za niemożliwe. Zwykłe miary prędkości, takie jak megaherc, nie mają zastosowania w obliczeniach kwantowych.

Ważna część komputerów kwantowych nie dotyczy szybkości w sposób, w jaki myślimy o szybkości w przypadku tradycyjnych komputerów. „W rzeczywistości urządzenia te często działają ze znacznie większymi prędkościami niż komputery kwantowe” – powiedział Levy.

„Chodzi o to, że komputery kwantowe mogą obsługiwać szereg ważnych aplikacji problemów naukowych i biznesowych, które wcześniej uważano za niemożliwe”.

Levy powiedział, że jeśli komputery kwantowe kiedykolwiek staną się praktyczne, możliwości, w jakie technologia ta może wpłynąć na życie jednostek poprzez badania i odkrycia, będą nieograniczone.

„Wyobraźmy sobie stworzenie aplikacji komputera kwantowego wystarczającej do symulacji bezpieczeństwa i skuteczności klinicznych badań leków bez konieczności testowania ich na prawdziwej osobie” – powiedział.

„Albo nawet aplikacja komputera kwantowego, która może symulować całe modele ekosystemów, pomagając nam lepiej zarządzać skutkami zmian klimatycznych i zwalczać je”.

Istnieją już komputery kwantowe na wczesnym etapie rozwoju, ale badacze mają trudności ze znalezieniem dla nich praktycznego zastosowania. Levy powiedział, że Seeqc planuje dostarczyć w ciągu trzech lat „architekturę kwantową zbudowaną wokół problemów występujących w świecie rzeczywistym i posiadającą możliwość skalowania w celu zaspokojenia potrzeb przedsiębiorstw”.

Levy powiedział, że komputery kwantowe nie będą dostępne dla przeciętnego użytkownika przez lata. „Ale zastosowania biznesowe tej technologii są już widoczne w branże intensywnie korzystające z danych, takie jak rozwój produktów farmaceutycznych, optymalizacja logistyki i technologie kwantowe chemia” – dodał.