Kluczowe dania na wynos
- Stworzenie praktycznych komputerów kwantowych może zależeć od znalezienia lepszych sposobów wykorzystania materiałów nadprzewodzących, które nie mają oporności elektrycznej.
- Naukowcy z Oak Ridge National Laboratory odkryli metodę wyszukiwania połączonych elektronów z niezwykłą precyzją.
- Nadprzewodzące komputery kwantowe przewyższają obecnie konkurencyjne technologie pod względem wielkości procesora.
Praktyczne komputery kwantowe mogą wkrótce pojawić się z głębokimi implikacjami we wszystkim, od odkrywania leków po łamanie kodów.
W ramach kroku w kierunku budowy lepszych maszyn kwantowych, naukowcy z Oak Ridge National Laboratory niedawno zmierzyli prąd elektryczny między atomowo ostrą metalową końcówką a nadprzewodnikiem. Ta nowa metoda może znaleźć połączone elektrony z niezwykłą precyzją w ruchu, który może pomóc w wykrywaniu nowych rodzajów nadprzewodników, które nie mają oporu elektrycznego.
„Obwody nadprzewodzące są obecnie liderem w budowaniu bitów kwantowych (kubitów) i bramek kwantowych w sprzęcie”, powiedział Lifewire w e-mailu Toby Cubitt, dyrektor Phasecraft, firmy zajmującej się tworzeniem algorytmów dla aplikacji kwantowych. wywiad. „Kubity nadprzewodzące to półprzewodnikowe obwody elektryczne, które można projektować z dużą dokładnością i elastycznością”.
Upiorna akcja
Komputery kwantowe wykorzystują fakt, że elektrony mogą przeskakiwać w przestrzeni z jednego układu do drugiego, korzystając z tajemniczych właściwości fizyki kwantowej. Jeśli elektron połączy się z innym elektronem w miejscu, w którym spotykają się metal i nadprzewodnik, może utworzyć tak zwaną parę Coopera. Nadprzewodnik uwalnia również inny rodzaj cząsteczki do metalu, znany jako odbicie Andreeva. Naukowcy szukali tych odbić Andreeva, aby wykryć pary Coopera.
Uniwersytet A alto / Jose Lado
Naukowcy z Oak Ridge zmierzyli prąd elektryczny między atomowo ostrą metalową końcówką a nadprzewodnikiem. Takie podejście pozwala im wykryć wielkość odbicia Andreeva powracającego do nadprzewodnika.
Ta technika ustanawia krytyczną nową metodologię zrozumienia wewnętrznej struktury kwantowej egzotycznych typów nadprzewodników znanych jako niekonwencjonalne nadprzewodniki, potencjalnie pozwalając nam rozwiązać różne otwarte problemy w materiałach kwantowych, Jose Lado, adiunkt na Uniwersytet A alto, który zapewnił teoretyczne wsparcie dla badań, powiedział w komunikacie prasowym.
Igor Zacharov, starszy naukowiec z Laboratorium Przetwarzania Informacji Kwantowej, Skoltech w Moskwie, powiedział Lifewire w e-mailu, że nadprzewodnik to stan materii, w którym elektrony nie tracą energii poprzez rozpraszanie na jądrach podczas przewodzenia prąd elektryczny, a prąd elektryczny może płynąć bez przerwy.
„Podczas gdy elektrony lub jądra mają stany kwantowe, które można wykorzystać do obliczeń, prąd nadprzewodzący zachowuje się jak jednostka makrokwantowa o właściwościach kwantowych” – dodał. „Dlatego odzyskujemy sytuację, w której makrostan materii może być używany do organizowania przetwarzania informacji, podczas gdy ma on wyraźnie efekty kwantowe, które mogą dać mu przewagę obliczeniową”.
Jednym z największych wyzwań w dzisiejszych obliczeniach kwantowych jest to, jak możemy sprawić, by nadprzewodniki działały jeszcze lepiej.
Nadprzewodnikowa przyszłość
Nadprzewodzące komputery kwantowe obecnie pokonują konkurencyjne technologie pod względem wielkości procesora, powiedział Cubitt. Firma Google zademonstrowała tak zwaną „supremację kwantową” na 53-kubitowym urządzeniu nadprzewodzącym w 2019 roku. IBM niedawno wprowadził komputer kwantowy ze 127 kubitami nadprzewodnikowymi, a Rigetti ogłosił 80-kubitowy układ nadprzewodzący.
„Wszystkie firmy produkujące sprzęt kwantowy mają ambitne plany dotyczące skalowania swoich komputerów w najbliższej przyszłości” – dodał Cubitt. „Jest to spowodowane szeregiem postępów w inżynierii, które umożliwiły rozwój bardziej wyrafinowanych projektów kubitów i optymalizacji. Największym wyzwaniem dla tej konkretnej technologii jest poprawa jakości bramek, tj. poprawa dokładności, z jaką procesor może manipulować informacjami i przeprowadzać obliczenia."
Lepsze nadprzewodniki mogą być kluczem do stworzenia praktycznych komputerów kwantowych. Michael Biercuk, dyrektor generalny firmy zajmującej się obliczeniami kwantowymi Q-CTRL, powiedział w wywiadzie e-mailowym, że większość obecnych systemów obliczeń kwantowych wykorzystuje stopy niobu i aluminium, w których w latach 50. i 60. odkryto nadprzewodnictwo.
„Jednym z największych wyzwań w dzisiejszych obliczeniach kwantowych jest to, w jaki sposób możemy sprawić, by nadprzewodniki działały jeszcze lepiej” – dodał Biercuk. „Na przykład zanieczyszczenia w składzie chemicznym lub strukturze osadzonych metali mogą powodować źródła hałasu i pogorszenie wydajności w komputerach kwantowych – prowadzą one do procesów znanych jako dekoherencja, w których „kwantowość” systemu jest tracona”.
Przetwarzanie kwantowe wymaga delikatnej równowagi między jakością kubitu a liczbą kubitów, wyjaśnił Zacharov. Za każdym razem, gdy kubit wchodzi w interakcję ze środowiskiem, na przykład odbiera sygnały do „programowania”, może utracić swój stan splątania.
„Chociaż widzimy niewielkie postępy w każdym ze wskazanych kierunków technologicznych, połączenie ich w dobrze działające urządzenie jest wciąż nieuchwytne” – dodał.
Święty Graal obliczeń kwantowych to urządzenie z setkami kubitów i niskim współczynnikiem błędów. Naukowcy nie mogą się zgodzić, jak osiągną ten cel, ale jedną z możliwych odpowiedzi jest użycie nadprzewodników.
„Wzrost liczby kubitów w krzemowym urządzeniu nadprzewodzącym podkreśla potrzebę gigantycznych maszyn chłodzących, które mogą napędzać duże objętości operacyjne bliskie zera bezwzględnego temperatury” – powiedział Zacharov.
