A legfontosabb elvitelek
- A praktikus kvantumszámítógépek készítése attól függhet, hogy jobb módszereket találjanak az elektromos ellenállással nem rendelkező szupravezető anyagok használatára.
- Az Oak Ridge National Laboratory kutatói felfedeztek egy módszert az összekapcsolt elektronok rendkívüli pontosságú megtalálására.
- A szupravezető kvantumszámítógépek jelenleg a processzorméret tekintetében felülmúlják a rivális technológiákat.
Hamarosan megérkezhetnek a gyakorlati kvantumszámítógépek, amelyek mélyreható következményekkel járnak a gyógyszerkutatástól a kódfeltörésig.
A jobb kvantumgépek építése felé tett lépésként az Oak Ridge National Laboratory kutatói nemrégiben megmérték az elektromos áramot egy atomosan éles fémcsúcs és egy szupravezető között. Ez az új módszer rendkívüli pontossággal találja meg az összekapcsolt elektronokat olyan mozgás során, amely segíthet újfajta szupravezetők észlelésében, amelyeknek nincs elektromos ellenállása.
"A szupravezető áramkörök jelenleg a kvantumbitek (qubitek) és kvantumkapuk építésének éllovasai a hardverben" - mondta Toby Cubitt, a Phasecraft, a kvantumalkalmazásokhoz algoritmusokat készítő cég igazgatója a Lifewire-nek egy e-mailben. interjú. "A szupravezető qubitek szilárdtest elektromos áramkörök, amelyek nagy pontossággal és rugalmasan tervezhetők."
Kísérteties akció
A kvantumszámítógépek kihasználják azt a tényt, hogy az elektronok a kvantumfizika rejtélyes tulajdonságainak segítségével átugorhatnak egyik rendszerből a másikba a téren keresztül. Ha egy elektron közvetlenül a fém és a szupravezető találkozási pontján párosul egy másik elektronnal, akkor az úgynevezett Cooper-párt alkothat. A szupravezető egy másik fajta részecskét is kibocsát a fémbe, az Andreev-reflexiót. A kutatók ezeket az Andreev-reflexiókat keresték, hogy észleljék a Cooper-párokat.
A alto Egyetem / Jose Lado
Az Oak Ridge tudósai megmérték az elektromos áramot egy atomosan éles fémcsúcs és egy szupravezető között. Ez a megközelítés lehetővé teszi számukra a szupravezetőbe visszatérő Andreev-reflexió mennyiségének észlelését.
Ez a technika egy kritikus új módszertant hoz létre a nemkonvencionális szupravezetőként ismert egzotikus típusú szupravezetők belső kvantumszerkezetének megértéséhez, ami potenciálisan lehetővé teszi számunkra a kvantumanyagok számos nyitott problémájának kezelését - mondta Jose Lado, az egyetem adjunktusa. Az A alto Egyetem, amely elméleti támogatást nyújtott a kutatáshoz, közölte egy sajtóközleményben.
Igor Zacharov, a moszkvai Skoltech Quantum Information Processing Laboratory vezető kutatója a Lifewire-nek e-mailben elmondta, hogy a szupravezető olyan halmazállapot, amelyben az elektronok nem veszítenek energiát az atommagokon való szétszóródás során az elektromos áram és az elektromos áram folyamatosan folyhat.
"Míg az elektronok vagy atommagok olyan kvantumállapotokkal rendelkeznek, amelyek számításokhoz felhasználhatók, a szupravezető áram kvantumtulajdonságokkal rendelkező makrokvantumegységként viselkedik" - tette hozzá. "Ezért helyreállítjuk azt a helyzetet, amelyben az anyag makroállapota felhasználható az információfeldolgozás megszervezésére, miközben nyilvánvalóan kvantumhatásai vannak, amelyek számítási előnyt jelenthetnek."
A kvantumszámítástechnika egyik legnagyobb kihívása manapság az, hogy hogyan tehetjük még jobb teljesítményre a szupravezetőket.
A szupravezető jövő
A szupravezető kvantumszámítógépek jelenleg felülmúlják a rivális technológiákat a processzorméret tekintetében, mondta Cubitt. A Google 2019-ben egy 53 qubit-es szupravezető eszközön mutatta be az úgynevezett "kvantumfölényt". Az IBM nemrégiben piacra dobott egy kvantumszámítógépet 127 szupravezető qubittel, a Rigetti pedig bejelentett egy 80 qubit-es szupravezető chipet.
"Minden kvantumhardver-gyártó cég ambiciózus ütemtervet dolgozott ki számítógépeinek a közeljövőben történő méretezésére" - tette hozzá Cubitt. "Ezt a mérnöki fejlesztések sora vezérelte, amelyek lehetővé tették a kifinomultabb qubit-tervek kifejlesztését és az optimalizálást. A legnagyobb kihívást ennek a speciális technológiának a kapuk minőségének javítása jelenti, azaz a processzor pontosságának javítása manipulálhatja az információkat és futtathat egy számítást."
A jobb szupravezetők kulcsfontosságúak lehetnek a gyakorlati kvantumszámítógépek elkészítésében. Michael Biercuk, a Q-CTRL kvantumszámítási vállalat vezérigazgatója egy e-mailes interjúban elmondta, hogy a legtöbb jelenlegi kvantumszámítási rendszer nióbiumötvözeteket és alumíniumot használ, amelyekben a szupravezetést az 1950-es és 1960-as években fedezték fel.
"A kvantumszámítástechnika egyik legnagyobb kihívása manapság az, hogy miként tehetjük még jobb teljesítményre a szupravezetőket" - tette hozzá Biercuk. "Például a lerakódott fémek kémiai összetételében vagy szerkezetében lévő szennyeződések zajforrásokat és teljesítménycsökkenést okozhatnak a kvantumszámítógépekben – ezek a dekoherenciának nevezett folyamatokhoz vezetnek, amelyek során a rendszer "kvantumossága" elvész."
A kvantumszámításhoz kényes egyensúlyra van szükség a qubit minősége és a qubitek száma között – magyarázta Zacharov. Minden alkalommal, amikor egy qubit kölcsönhatásba lép a környezettel, például „programozáshoz” vesz jeleket, elveszítheti összegabalyodott állapotát.
"Bár kis előrelépéseket látunk a jelzett technológiai irányok mindegyikében, ezek egyesítése egy jól működő eszközzel még mindig megfoghatatlan" - tette hozzá.
A kvantumszámítástechnika „Szent Grálja” több száz qubittel és alacsony hibaaránnyal rendelkező eszköz. A tudósok nem tudnak megegyezni abban, hogyan érik el ezt a célt, de az egyik lehetséges válasz a szupravezetők használata.
"A szilícium szupravezető eszközökben lévő qubitek növekvő száma hangsúlyozza, hogy olyan óriás hűtőgépekre van szükség, amelyek nagy üzemi mennyiségeket képesek az abszolút nulla hőmérséklethez közel állítani" - mondta Zacharov.
