Ključni izsledki
- Izdelava praktičnih kvantnih računalnikov bi lahko bila odvisna od iskanja boljših načinov za uporabo superprevodnih materialov, ki nimajo električnega upora.
- Raziskovalci v Nacionalnem laboratoriju Oak Ridge so odkrili metodo za iskanje povezanih elektronov z izjemno natančnostjo.
- Superprevodni kvantni računalniki trenutno premagajo konkurenčne tehnologije glede velikosti procesorja.
Kmalu bi lahko prispeli praktični kvantni računalniki z globokimi posledicami za vse, od odkrivanja zdravil do razbijanja kod.
V koraku k izdelavi boljših kvantnih strojev so raziskovalci v Oak Ridge National Laboratory nedavno izmerili električni tok med atomsko ostro kovinsko konico in superprevodnikom. Ta nova metoda lahko najde povezane elektrone z izjemno natančnostjo v potezi, ki bi lahko pomagala odkriti nove vrste superprevodnikov, ki nimajo električnega upora.
"Superprevodna vezja so trenutno vodilna za gradnjo kvantnih bitov (qubits) in kvantnih vrat v strojni opremi," je za Lifewire v elektronski pošti povedal Toby Cubitt, direktor Phasecrafta, podjetja, ki gradi algoritme za kvantne aplikacije. intervju. "Superprevodni kubiti so polprevodniška električna vezja, ki jih je mogoče oblikovati z visoko natančnostjo in prilagodljivostjo."
Strašljiva akcija
Kvantni računalniki izkoriščajo dejstvo, da lahko elektroni skačejo iz enega sistema v drugega skozi vesolje z uporabo skrivnostnih lastnosti kvantne fizike. Če se elektron združi z drugim elektronom točno na točki, kjer se srečata kovina in superprevodnik, lahko tvori tako imenovani Cooperjev par. Superprevodnik sprosti tudi drugo vrsto delcev v kovino, znano kot Andrejev odboj. Raziskovalci so iskali te odseve Andreeva, da bi odkrili Cooperjeve pare.
Univerza A alto / Jose Lado
Znanstveniki iz Oak Ridgea so izmerili električni tok med atomsko ostro kovinsko konico in superprevodnikom. Ta pristop jim omogoča zaznavanje količine Andrejevega odboja, ki se vrne v superprevodnik.
"Ta tehnika vzpostavlja kritično novo metodologijo za razumevanje notranje kvantne strukture eksotičnih vrst superprevodnikov, znanih kot nekonvencionalni superprevodniki, kar nam potencialno omogoča reševanje različnih odprtih problemov v kvantnih materialih," je Jose Lado, docent na Univerza A alto, ki je zagotovila teoretično podporo raziskavi, je dejala v sporočilu za javnost.
Igor Zacharov, višji raziskovalec v Laboratoriju za kvantno obdelavo informacij, Skoltech v Moskvi, je za Lifewire po elektronski pošti povedal, da je superprevodnik agregatno stanje, v katerem elektroni ne izgubljajo energije s sipanjem na jedrih, ko prevajajo električni tok in električni tok lahko teče nezmanjšano.
"Medtem ko imajo elektroni ali jedra kvantna stanja, ki jih je mogoče izkoristiti za računanje, se superprevodni tok obnaša kot makro kvantna enota s kvantnimi lastnostmi," je dodal. "Zato obnovimo situacijo, v kateri se lahko makro stanje snovi uporabi za organizacijo obdelave informacij, medtem ko ima očitno kvantne učinke, ki mu lahko dajo računsko prednost."
Eden največjih izzivov današnjega kvantnega računalništva je povezan s tem, kako lahko naredimo superprevodnike še boljše.
Superprevodna prihodnost
Superprevodni kvantni računalniki trenutno premagajo konkurenčne tehnologije v smislu velikosti procesorja, je dejal Cubitt. Google je leta 2019 demonstriral tako imenovano "kvantno premoč" na 53-kubitni superprevodni napravi. IBM je nedavno lansiral kvantni računalnik s 127 superprevodnimi kubiti, Rigetti pa je napovedal 80-kubitni superprevodni čip.
»Vsa podjetja za kvantno strojno opremo imajo ambiciozne načrte za razširitev svojih računalnikov v bližnji prihodnosti,« je dodal Cubitt. "To je bilo posledica številnih napredkov v inženiringu, ki so omogočili razvoj bolj sofisticiranih zasnov in optimizacije kubitov. Največji izziv za to posebno tehnologijo je izboljšanje kakovosti vrat, tj. izboljšanje natančnosti, s katero procesor lahko manipulira s podatki in izvede izračun."
Boljši superprevodniki so lahko ključni za izdelavo praktičnih kvantnih računalnikov. Michael Biercuk, izvršni direktor podjetja za kvantno računalništvo Q-CTRL, je v intervjuju po elektronski pošti dejal, da večina trenutnih kvantnih računalniških sistemov uporablja niobijeve zlitine in aluminij, v katerih je bila superprevodnost odkrita v petdesetih in šestdesetih letih prejšnjega stoletja.
"Eden največjih izzivov današnjega kvantnega računalništva je povezan s tem, kako lahko naredimo superprevodnike še boljše," je dodal Biercuk. "Nečistoče v kemični sestavi ali strukturi odloženih kovin lahko na primer povzročijo vire hrupa in poslabšanje delovanja kvantnih računalnikov - to vodi do procesov, znanih kot dekoherenca, pri katerih se izgubi 'kvantnost' sistema."
Kvantno računalništvo zahteva občutljivo ravnovesje med kakovostjo kubita in številom kubitov, je pojasnil Zacharov. Vsakič, ko qubit sodeluje z okoljem, na primer sprejema signale za "programiranje", lahko izgubi svoje zapleteno stanje.
"Medtem ko opažamo majhen napredek v vsaki od navedenih tehnoloških smeri, je njihovo združevanje v dobro delujočo napravo še vedno nedosegljivo," je dodal.
'Sveti gral' kvantnega računalništva je naprava s stotinami kubitov in nizkimi stopnjami napak. Znanstveniki se ne morejo strinjati, kako bodo dosegli ta cilj, a eden od možnih odgovorov je uporaba superprevodnikov.
"Naraščajoče število kubitov v silicijevi superprevodni napravi poudarja potrebo po ogromnih hladilnih strojih, ki lahko poganjajo velike delovne količine blizu temperature absolutne ničle," je dejal Zacharov.
