Key Takeaways
- Izrada praktičnih kvantnih računara mogla bi zavisiti od pronalaženja boljih načina za korištenje supravodljivih materijala koji nemaju električni otpor.
- Istraživači u Nacionalnoj laboratoriji Oak Ridge otkrili su metodu za pronalaženje povezanih elektrona sa izuzetnom preciznošću.
- Superprovodljivi kvantni računari trenutno nadmašuju rivalske tehnologije u pogledu veličine procesora.
Praktični kvantni kompjuteri uskoro bi mogli stići sa dubokim implikacijama za sve, od otkrivanja lijekova do razbijanja kodova.
U koraku ka izgradnji boljih kvantnih mašina, istraživači iz Nacionalne laboratorije Oak Ridž nedavno su izmerili električnu struju između atomski oštrog metalnog vrha i supravodnika. Ova nova metoda može pronaći povezane elektrone s izuzetnom preciznošću u pokretu koji bi mogao pomoći u otkrivanju novih vrsta supravodnika, koji nemaju električni otpor.
"Superprovodna kola su trenutni lider u izgradnji kvantnih bitova (kubita) i kvantnih kapija u hardveru", rekao je Toby Cubitt, direktor Phasecraft, kompanije koja gradi algoritme za kvantne aplikacije, u e-poruci za Lifewire intervju. "Superprovodljivi kubiti su električna kola u čvrstom stanju, koja se mogu dizajnirati sa velikom preciznošću i fleksibilnošću."
Spooky Action
Kvantni kompjuteri iskorištavaju činjenicu da elektroni mogu skočiti iz jednog sistema u drugi kroz svemir koristeći misteriozne osobine kvantne fizike. Ako se elektron upari s drugim elektronom tačno na mjestu gdje se metal i supravodnik susreću, mogao bi formirati ono što se zove Cooperov par. Superprovodnik takođe oslobađa drugu vrstu čestica u metal, poznatu kao Andrejevljeva refleksija. Istraživači su tražili ove Andrejevske refleksije kako bi otkrili Cooperove parove.
A alto univerzitet / Jose Lado
Naučnici iz Oak Ridgea izmjerili su električnu struju između atomski oštrog metalnog vrha i supravodiča. Ovaj pristup im omogućava da otkriju količinu Andrejevske refleksije koja se vraća u supravodič.
Ova tehnika uspostavlja kritičnu novu metodologiju za razumijevanje unutrašnje kvantne strukture egzotičnih tipova supravodiča poznatih kao nekonvencionalni supraprovodnici, potencijalno nam omogućavajući da se pozabavimo raznim otvorenim problemima u kvantnim materijalima, kaže Jose Lado, docent na Univerzitet A alto, koji je pružio teorijsku podršku istraživanju, navodi se u saopštenju za javnost.
Igor Zacharov, viši naučnik u Laboratoriji za kvantnu obradu informacija, Skoltech u Moskvi, rekao je za Lifewire putem e-pošte da je supravodič stanje materije u kojem elektroni ne gube energiju raspršivanjem na jezgrima prilikom izvođenja električna struja i električna struja mogu teći nesmanjeno.
"Dok elektroni ili jezgra imaju kvantna stanja koja se mogu iskoristiti za računanje, supravodljiva struja se ponaša kao makro kvantna jedinica s kvantnim svojstvima", dodao je. "Stoga vraćamo situaciju u kojoj se makro stanje materije može koristiti za organiziranje obrade informacija dok ima očito kvantne efekte koji mu mogu dati prednost u računanju."
Jedan od najvećih izazova u kvantnom računarstvu današnjice odnosi se na to kako možemo učiniti da superprovodnici rade još bolje.
Superprovodna budućnost
Superprovodljivi kvantni računari trenutno nadmašuju rivalske tehnologije u pogledu veličine procesora, rekao je Cubitt. Google je demonstrirao takozvanu "kvantnu nadmoć" na 53-kubitnom supravodljivom uređaju 2019. IBM je nedavno lansirao kvantni računar sa 127 supravodljivih kubita, a Rigetti je najavio 80-kubitni supravodljivi čip.
"Sve kompanije za kvantni hardver imaju ambiciozne planove za povećanje svojih računara u bliskoj budućnosti", dodao je Cubitt. "Ovo je potaknuto nizom napretka u inženjeringu, koji je omogućio razvoj sofisticiranijih qubit dizajna i optimizaciju. Najveći izazov za ovu konkretnu tehnologiju je poboljšanje kvaliteta kapija, odnosno poboljšanje tačnosti s kojom procesor može manipulirati informacijama i izvoditi proračun."
Bolji superprovodnici mogu biti ključni za izradu praktičnih kvantnih računara. Michael Biercuk, izvršni direktor kompanije za kvantno računarstvo Q-CTRL, rekao je u intervjuu e-poštom da većina savremenih kvantnih računarskih sistema koristi legure niobija i aluminijuma, u kojima je supravodljivost otkrivena 1950-ih i 1960-ih.
"Jedan od najvećih izazova u kvantnom računarstvu današnjice odnosi se na to kako možemo učiniti da supravodiči rade još bolje", dodao je Biercuk. "Na primjer, nečistoće u hemijskom sastavu ili strukturi deponiranih metala mogu uzrokovati izvore buke i degradacije performansi u kvantnim kompjuterima - oni dovode do procesa poznatih kao dekoherencija u kojima se gubi 'kvantnost' sistema."
Kvantno računarstvo zahteva delikatan balans između kvaliteta kubita i broja kubita, objasnio je Zacharov. Svaki put kada kubit stupi u interakciju sa okolinom, kao što je primanje signala za 'programiranje', mogao bi izgubiti svoje zapetljano stanje.
"Iako vidimo mali napredak u svakom od navedenih tehnoloških pravaca, njihovo kombinovanje u dobar radni uređaj je još uvek neuhvatljivo", dodao je on.
'Sveti gral' kvantnog računarstva je uređaj sa stotinama kubita i niskim stopama grešaka. Naučnici se ne mogu složiti oko toga kako će postići ovaj cilj, ali jedan od mogućih odgovora je korištenje supraprovodnika.
"Sve veći broj kubita u silicijumskom supravodljivom uređaju naglašava potrebu za ogromnim mašinama za hlađenje koje mogu pokretati velike radne zapremine blizu temperature apsolutne nule", rekao je Zacharov..
