Нови суперпроводници би могли да направе брже квантне рачунаре

Практични квантни компјутери би ускоро могли да стигну са дубоким импликацијама за све, од откривања лекова до разбијања кодова.

У кораку ка изградњи бољих квантних машина, истраживачи из Националне лабораторије Оак Риџ недавно измерено електрична струја између атомски оштрог металног врха и суперпроводника. Ова нова метода може да пронађе повезане електроне са изузетном прецизношћу у потезу који би могао помоћи у откривању нових врста суперпроводника, који немају електрични отпор.

"Суперпроводна кола су тренутни предводник за изградњу квантних битова (кубита) и квантних капија у хардверу", Тоби Цубитт

, директор Пхасецрафт-а, компаније која гради алгоритме за квантне апликације, рекао је за Лифевире у интервјуу е-поштом. „Суперпроводни кубити су електрична кола у чврстом стању, која се могу дизајнирати са високом прецизношћу и флексибилношћу.

Спооки Ацтион

Квантни рачунари користе чињеницу да електрони могу скочити из једног система у други кроз свемир користећи мистериозне особине квантне физике. Ако се електрон упари са другим електроном тачно на месту где се метал и суперпроводник сусрећу, могао би да формира оно што се зове Куперов пар. Суперпроводник такође ослобађа другу врсту честица у метал, познату као Андрејевска рефлексија. Истраживачи су тражили ове Андрејевске рефлексије да би открили Куперове парове.

Научници из Оак Риџа измерили су електричну струју између атомски оштрог металног врха и суперпроводника. Овај приступ им омогућава да открију количину Андрејевске рефлексије која се враћа у суперпроводник.

„Ова техника успоставља критичну нову методологију за разумевање унутрашње квантне структуре егзотичних типова суперпроводници познати као неконвенционални суперпроводници, потенцијално нам омогућавајући да се позабавимо разним отвореним проблемима у квантном материјали, Јосе Ладо, доцент на Универзитету Аалто, који је пружио теоријску подршку истраживању, рекао је у саопштењу за јавност.

Игор Зацхаров, виши научник у Лабораторији за квантну обраду информација, Сколтецх у Москви, рекао је за Лифевире путем е-поште да је суперпроводник стање материје у којем електрони не губе енергију расипањем на језгрима при вођењу електричне струје и електрична струја може да тече несмањеним.

„Док електрони или језгра имају квантна стања која се могу искористити за рачунање, суперпроводна струја се понаша као макро квантна јединица са квантним својствима“, додао је он. „Стога враћамо ситуацију у којој се макро стање материје може користити за организовање обрада информација док има очигледно квантне ефекте који му могу дати рачунски предност."

Суперпроводна будућност

Суперпроводни квантни рачунари тренутно надмашују ривалске технологије у погледу величине процесора, Цубиттсаид. Гугл је демонстрирао тзв.квантна надмоћ" на 53-кубитном суправодљивом уређају 2019. ИБМ је недавно лансиран квантни рачунар са 127 суперпроводних кубита, и Ригети је најавио 80-кубитни суперпроводни чип.

„Све компаније за квантни хардвер имају амбициозне планове за повећање нивоа својих рачунара у блиској будућности“, Цубиттаддед. „Ово је вођено низом напретка у инжењерингу, који је омогућио развој софистициранијих дизајна кубита и оптимизацију. Највећи изазов за ову конкретну технологију је побољшање квалитета капија, односно побољшање тачности са којом процесор може да манипулише информацијама и изврши прорачун."

Бољи суперпроводници могу бити кључни за прављење практичних квантних рачунара. Мицхаел Биерцук, извршни директор компаније за квантно рачунарство К-ЦТРЛ, рекао је у интервјуу е-поштом да је најновији квантни рачунарски системи користе легуре ниобијума и алуминијум, у којима је откривена суправодљивост 1950-их и 1960-их.

„Један од највећих изазова у квантном рачунарству данас се односи на то како можемо учинити да суперпроводници раде још боље“, додао је Биерцук. „На пример, нечистоће у хемијском саставу или структури депонованих метала могу изазвати изворе буке и деградација перформанси у квантним рачунарима - они воде до процеса познатих као декохеренција у којима је 'квантност' система изгубљен."

Квантно рачунарство захтева деликатан баланс између квалитета кубита и броја кубита, објаснио је Зацхаров. Сваки пут када кубит ступи у интеракцију са окружењем, као што је примање сигнала за 'програмирање', могао би изгубити своје заплетено стање.

„Иако видимо мали напредак у сваком од наведених технолошких праваца, њихово комбиновање у добар радни уређај је још увек неухватљиво“, додао је он.

„Свети грал“ квантног рачунарства је уређај са стотинама кубита и ниским стопама грешака. Научници се не могу сложити око тога како ће постићи овај циљ, али један од могућих одговора је коришћење суперпроводника.

"Све већи број кубита у силицијумском суправодљивом уређају наглашава потребу за огромним расхладне машине које могу покретати велике радне запремине близу температуре апсолутне нуле", рекао је Захаров.