Kľúčové poznatky
- Vytvorenie praktických kvantových počítačov by mohlo závisieť od nájdenia lepších spôsobov využitia supravodivých materiálov, ktoré nemajú žiadny elektrický odpor.
- Výskumníci v Oak Ridge National Laboratory objavili metódu na nájdenie spojených elektrónov s extrémnou presnosťou.
- Supravodivé kvantové počítače v súčasnosti porážajú konkurenčné technológie z hľadiska veľkosti procesora.
Praktické kvantové počítače by mohli čoskoro prísť s hlbokými dôsledkami pre všetko od objavovania liekov až po lámanie kódu.
V rámci kroku smerom k budovaniu lepších kvantových strojov výskumníci z Národného laboratória Oak Ridge nedávno zmerali elektrický prúd medzi atómovo ostrým kovovým hrotom a supravodičom. Táto nová metóda dokáže nájsť spojené elektróny s extrémnou presnosťou v pohybe, ktorý by mohol pomôcť odhaliť nové druhy supravodičov, ktoré nemajú žiadny elektrický odpor.
„Supravodivé obvody sú súčasným priekopníkom v budovaní kvantových bitov (qubitov) a kvantových brán v hardvéri,“povedal pre Lifewire Toby Cubitt, riaditeľ spoločnosti Phasecraft, ktorá vytvára algoritmy pre kvantové aplikácie. rozhovor. "Supravodivé qubity sú polovodičové elektrické obvody, ktoré môžu byť navrhnuté s vysokou presnosťou a flexibilitou."
Strašidelná akcia
Kvantové počítače využívajú skutočnosť, že elektróny môžu skákať z jedného systému do druhého vesmírom pomocou tajomných vlastností kvantovej fyziky. Ak sa elektrón spáruje s iným elektrónom priamo v bode, kde sa stretáva kov a supravodič, môže vytvoriť to, čo sa nazýva Cooperov pár. Supravodič tiež uvoľňuje do kovu iný druh častíc, známy ako Andreevov odraz. Výskumníci hľadali tieto Andreevove odrazy, aby odhalili Cooperove páry.
A alto University / Jose Lado
Vedci z Oak Ridge merali elektrický prúd medzi atómovo ostrým kovovým hrotom a supravodičom. Tento prístup im umožňuje zistiť množstvo Andreevovho odrazu vracajúceho sa do supravodiča.
Táto technika vytvára kritickú novú metodológiu na pochopenie vnútornej kvantovej štruktúry exotických typov supravodičov známych ako nekonvenčné supravodiče, čo nám potenciálne umožňuje riešiť rôzne otvorené problémy v kvantových materiáloch, Jose Lado, odborný asistent na Univerzita A alto, ktorá poskytla výskumu teoretickú podporu, uviedla v tlačovej správe.
Igor Zacharov, vedúci výskumný pracovník v Laboratóriu kvantového spracovania informácií, Skoltech v Moskve, prostredníctvom e-mailu pre Lifewire povedal, že supravodič je stav hmoty, v ktorom elektróny nestrácajú energiu rozptylom na jadrách pri vedení elektrický prúd a elektrický prúd môže tiecť nezmenšene.
„Zatiaľ čo elektróny alebo jadrá majú kvantové stavy, ktoré možno využiť na výpočty, supravodivý prúd sa správa ako makrokvantová jednotka s kvantovými vlastnosťami,“dodal. "Preto sme obnovili situáciu, v ktorej sa makrostav hmoty môže použiť na organizáciu spracovania informácií, zatiaľ čo má zjavne kvantové účinky, ktoré mu môžu poskytnúť výpočtovú výhodu."
Jedna z najväčších výziev v dnešnej kvantovej výpočtovej technike sa týka toho, ako môžeme zvýšiť výkon supravodičov.
Supravodivá budúcnosť
Supravodivé kvantové počítače v súčasnosti porážajú konkurenčné technológie z hľadiska veľkosti procesora, povedal Cubitt. Google demonštroval takzvanú „kvantovú nadradenosť“na 53-qubitovom supravodivom zariadení v roku 2019. IBM nedávno uviedla na trh kvantový počítač so 127 supravodivými qubitmi a Rigetti oznámila 80-qubitový supravodivý čip.
„Všetky spoločnosti zaoberajúce sa kvantovým hardvérom majú ambiciózne plány na škálovanie svojich počítačov v blízkej budúcnosti,“dodal Cubitt. "Bolo to spôsobené celým radom pokrokov v inžinierstve, ktoré umožnili vývoj sofistikovanejších návrhov a optimalizácie qubitov. Najväčšou výzvou pre túto konkrétnu technológiu je zlepšenie kvality brán, t. j. zlepšenie presnosti, s akou procesor môže manipulovať s informáciami a spustiť výpočet."
Lepšie supravodiče môžu byť kľúčom k výrobe praktických kvantových počítačov. Michael Biercuk, generálny riaditeľ kvantovej počítačovej spoločnosti Q-CTRL, v e-mailovom rozhovore uviedol, že väčšina súčasných kvantových počítačových systémov využíva zliatiny nióbu a hliník, v ktorých bola supravodivosť objavená v 50. a 60. rokoch.
„Jedna z najväčších výziev v dnešnej kvantovej výpočtovej technike sa týka toho, ako môžeme ešte zlepšiť výkon supravodičov,“dodal Biercuk. "Napríklad nečistoty v chemickom zložení alebo štruktúre uložených kovov môžu spôsobiť zdroje hluku a degradáciu výkonu v kvantových počítačoch - to vedie k procesom známym ako dekoherencia, pri ktorých sa stráca "kvantovosť" systému."
Kvantové výpočty si vyžadujú jemnú rovnováhu medzi kvalitou qubitu a počtom qubitov, vysvetlil Zacharov. Zakaždým, keď qubit interaguje s prostredím, napríklad prijíma signály na „programovanie“, môže stratiť svoj zamotaný stav.
„Aj keď vidíme malé pokroky v každom z naznačených technologických smerov, spojiť ich do dobre fungujúceho zariadenia je stále v nedohľadne,“dodal.
„Svätý grál“kvantových počítačov je zariadenie so stovkami qubitov a nízkou chybovosťou. Vedci sa nevedia zhodnúť na tom, ako dosiahnu tento cieľ, ale jednou z možných odpovedí je použitie supravodičov.
„Zvyšujúci sa počet qubitov v kremíkovom supravodičovom zariadení zdôrazňuje potrebu obrovských chladiacich strojov, ktoré dokážu poháňať veľké prevádzkové objemy blízko absolútnej nulovej teploty,“povedal Zacharov.
