ตัวนำยิ่งยวดใหม่สามารถสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้เร็วขึ้น
- การสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้งานได้จริงอาจขึ้นอยู่กับการหาวิธีที่ดีกว่าในการใช้วัสดุตัวนำยิ่งยวดซึ่งไม่มีความต้านทานไฟฟ้า
- นักวิจัยจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Oak Ridge ได้ค้นพบวิธีการค้นหาอิเล็กตรอนที่เชื่อมโยงกันด้วยความแม่นยำสูง
- คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีตัวนำยิ่งยวดกำลังเอาชนะเทคโนโลยีของคู่แข่งในแง่ของขนาดโปรเซสเซอร์
gremlin / Getty Images
ในไม่ช้าคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้งานได้จริงอาจมาพร้อมกับความหมายที่ลึกซึ้งสำหรับทุกสิ่งตั้งแต่การค้นพบยาจนถึงการถอดรหัส
ในขั้นตอนสู่การสร้างเครื่องจักรควอนตัมที่ดีขึ้น นักวิจัยจาก Oak Ridge National Laboratory เพิ่งวัด กระแสไฟฟ้าระหว่างปลายโลหะแหลมที่มีอะตอมและตัวนำยิ่งยวด วิธีการใหม่นี้สามารถค้นหาอิเล็กตรอนที่เชื่อมโยงด้วยความแม่นยำสูงในการเคลื่อนที่ที่สามารถช่วยตรวจจับตัวนำยิ่งยวดชนิดใหม่ซึ่งไม่มีความต้านทานไฟฟ้า
"วงจรตัวนำยิ่งยวดเป็นตัวดำเนินการในปัจจุบันสำหรับการสร้างควอนตัมบิต (qubits) และประตูควอนตัมในฮาร์ดแวร์" Toby Cubittผู้อำนวยการของ Phasecraft ซึ่งเป็นบริษัทที่สร้างอัลกอริทึมสำหรับแอปพลิเคชันควอนตัมบอกกับ Lifewire ในการสัมภาษณ์ทางอีเมล "ซูเปอร์คอนดักเตอร์ qubits เป็นวงจรไฟฟ้าแบบโซลิดสเตต ซึ่งสามารถออกแบบได้อย่างแม่นยำและยืดหยุ่นสูง"
แอ็คชั่นสยอง
คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้ประโยชน์จากข้อเท็จจริงที่ว่าอิเล็กตรอนสามารถกระโดดจากระบบหนึ่งไปยังอีกระบบหนึ่งผ่านอวกาศโดยใช้คุณสมบัติลึกลับของฟิสิกส์ควอนตัม ถ้าอิเล็กตรอนจับคู่กับอิเล็กตรอนอีกตัวหนึ่งตรงจุดที่โลหะและตัวนำยิ่งยวดมาบรรจบกัน มันสามารถทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าคู่คูเปอร์ ตัวนำยิ่งยวดยังปล่อยอนุภาคอีกประเภทหนึ่งออกสู่โลหะซึ่งเรียกว่าการสะท้อนของ Andreev นักวิจัยมองหาการสะท้อน Andreev เหล่านี้เพื่อตรวจจับคู่คูเปอร์
มหาวิทยาลัย Aalto / Jose Lado
นักวิทยาศาสตร์ของ Oak Ridge ได้ตรวจวัดกระแสไฟฟ้าระหว่างปลายโลหะที่แหลมคมของอะตอมกับตัวนำยิ่งยวด วิธีนี้ช่วยให้ตรวจจับปริมาณการสะท้อนของ Andreev ที่กลับสู่ตัวนำยิ่งยวด
"เทคนิคนี้กำหนดวิธีการใหม่ที่สำคัญสำหรับการทำความเข้าใจโครงสร้างควอนตัมภายในของประเภทที่แปลกใหม่ของ ตัวนำยิ่งยวดที่เรียกว่า superconductors แหกคอก อาจทำให้เราสามารถจัดการกับปัญหาเปิดที่หลากหลายในควอนตัม วัสดุ, โฆเซ่ ลาโดผู้ช่วยศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัย Aalto ซึ่งให้การสนับสนุนทางทฤษฎีแก่การวิจัยกล่าวในการแถลงข่าว
Igor Zacharovนักวิทยาศาสตร์วิจัยอาวุโสของห้องปฏิบัติการประมวลผลข้อมูลควอนตัม Skoltech ในมอสโกบอกกับ Lifewire ทางอีเมลว่าตัวนำยิ่งยวดคือ สถานะของสสารที่อิเล็กตรอนไม่สูญเสียพลังงานโดยกระเจิงบนนิวเคลียสเมื่อนำกระแสไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าสามารถไหลได้ ไม่ลดละ
"ในขณะที่อิเล็กตรอนหรือนิวเคลียสมีสถานะควอนตัมที่สามารถนำไปใช้ในการคำนวณได้ แต่กระแสตัวนำยิ่งยวดจะทำหน้าที่เป็นหน่วยควอนตัมมาโครที่มีคุณสมบัติควอนตัม" เขากล่าวเสริม "ดังนั้นเราจึงกู้คืนสถานการณ์ที่อาจใช้สถานะมหภาคในการจัดระเบียบ การประมวลผลข้อมูลในขณะที่มีผลควอนตัมอย่างชัดแจ้งที่อาจให้การคำนวณ ความได้เปรียบ."
หนึ่งในความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดในการคำนวณควอนตัมในปัจจุบันเกี่ยวข้องกับวิธีที่เราสามารถทำให้ตัวนำยิ่งยวดทำงานได้ดียิ่งขึ้น
อนาคตตัวนำยิ่งยวด
คอมพิวเตอร์ควอนตัมตัวนำยิ่งยวดกำลังเอาชนะเทคโนโลยีคู่แข่งในแง่ของขนาดโปรเซสเซอร์ Cubittsaid Google สาธิตสิ่งที่เรียกว่า "อำนาจสูงสุดของควอนตัมบนอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวด 53 บิตในปี 2019 IBM เพิ่งเปิดตัว คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีคิวบิตตัวนำยิ่งยวด 127 คิวบิต และ ริเกติประกาศแล้ว ชิปตัวนำยิ่งยวด 80 บิต
"บริษัทฮาร์ดแวร์ควอนตัมทุกแห่งมีโรดแมปที่ทะเยอทะยานในการปรับขนาดคอมพิวเตอร์ของพวกเขาในอนาคตอันใกล้นี้" Cubittadded "สิ่งนี้ได้รับแรงผลักดันจากความก้าวหน้าทางวิศวกรรมมากมาย ซึ่งช่วยให้สามารถพัฒนาการออกแบบและการเพิ่มประสิทธิภาพ qubit ที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นได้ ความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดสำหรับเทคโนโลยีนี้คือการปรับปรุงคุณภาพของเกท กล่าวคือ การปรับปรุงความแม่นยำซึ่งโปรเซสเซอร์สามารถจัดการข้อมูลและดำเนินการคำนวณได้"
ตัวนำยิ่งยวดที่ดีกว่าอาจเป็นกุญแจสำคัญในการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้งานได้จริง Michael Biercukซีอีโอของบริษัทควอนตัมคอมพิวติ้ง Q-CTRL กล่าวในการสัมภาษณ์ทางอีเมลว่าควอนตัมล่าสุด ระบบคอมพิวเตอร์ใช้โลหะผสมไนโอเบียมและอะลูมิเนียม ซึ่งมีการค้นพบความเป็นตัวนำยิ่งยวดในปี 1950 และปี 1960
"ความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดประการหนึ่งในการคำนวณควอนตัมในปัจจุบันเกี่ยวข้องกับวิธีที่เราสามารถทำให้ตัวนำยิ่งยวดทำงานได้ดียิ่งขึ้น" Biercuk กล่าวเสริม "ตัวอย่างเช่น สิ่งเจือปนในองค์ประกอบทางเคมีหรือโครงสร้างของโลหะที่สะสมอาจทำให้เกิดเสียงและ การเสื่อมประสิทธิภาพในคอมพิวเตอร์ควอนตัม—นำไปสู่กระบวนการที่เรียกว่าการถอดรหัสโดยที่ 'ความควอนตัม' ของระบบ สูญหาย."
คอมพิวเตอร์ควอนตัมต้องการความสมดุลที่ละเอียดอ่อนระหว่างคุณภาพของคิวบิตและจำนวนคิวบิต Zacharov อธิบาย ทุกครั้งที่ qubit มีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม เช่น รับสัญญาณสำหรับ 'การเขียนโปรแกรม' ก็อาจสูญเสียสถานะที่พันกัน
“ในขณะที่เราเห็นความก้าวหน้าเล็กน้อยในแต่ละทิศทางของเทคโนโลยีที่ระบุ การรวมเข้ากับอุปกรณ์ที่ใช้งานได้ดีก็ยังเข้าใจยาก” เขากล่าวเสริม
'จอกศักดิ์สิทธิ์' ของคอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นอุปกรณ์ที่มีคิวบิตนับร้อยและมีอัตราความผิดพลาดต่ำ นักวิทยาศาสตร์ไม่เห็นด้วยว่าจะบรรลุเป้าหมายนี้ได้อย่างไร แต่คำตอบหนึ่งที่เป็นไปได้คือการใช้ตัวนำยิ่งยวด
"จำนวน qubits ที่เพิ่มขึ้นในอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวดซิลิกอนเน้นถึงความต้องการยักษ์ เครื่องทำความเย็นที่สามารถขับเคลื่อนปริมาณการทำงานขนาดใหญ่ได้ใกล้เคียงกับอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์" ซาชารอฟกล่าว