Ključni podaci za van
- Izrada praktičnih kvantnih računala mogla bi ovisiti o pronalaženju boljih načina za korištenje supravodljivih materijala koji nemaju električni otpor.
- Istraživači Nacionalnog laboratorija Oak Ridge otkrili su metodu za pronalaženje povezanih elektrona s ekstremnom preciznošću.
- Supravodljiva kvantna računala trenutno pobjeđuju rivalske tehnologije u pogledu veličine procesora.
Uskoro bi se mogla pojaviti praktična kvantna računala s dubokim implikacijama za sve, od otkrivanja lijekova do razbijanja šifri.
U koraku prema izgradnji boljih kvantnih strojeva, istraživači Nacionalnog laboratorija Oak Ridge nedavno su izmjerili električnu struju između atomski oštrog metalnog vrha i supravodiča. Ova nova metoda može pronaći povezane elektrone s ekstremnom preciznošću u pokretu koji bi mogao pomoći u otkrivanju novih vrsta supravodiča koji nemaju električni otpor.
"Supravodljivi sklopovi trenutno su predvodnik za izgradnju kvantnih bitova (qubits) i kvantnih vrata u hardveru," Toby Cubitt, direktor Phasecrafta, tvrtke koja izrađuje algoritme za kvantne aplikacije, rekao je Lifewireu u e-poruci intervju. "Supravodljivi kubiti su električni krugovi u čvrstom stanju koji se mogu dizajnirati s visokom preciznošću i fleksibilnošću."
Sablasna akcija
Kvantna računala koriste prednost činjenice da elektroni mogu skakati iz jednog sustava u drugi kroz svemir koristeći tajanstvena svojstva kvantne fizike. Ako se elektron upari s drugim elektronom točno na mjestu gdje se susreću metal i supravodič, mogao bi formirati ono što se zove Cooperov par. Supervodič također otpušta drugu vrstu čestica u metal, poznatu kao Andrejevljev odraz. Istraživači su tražili ove Andreevljeve refleksije kako bi otkrili Cooperove parove.
Sveučilište A alto / Jose Lado
Znanstvenici iz Oak Ridgea mjerili su električnu struju između atomski oštrog metalnog vrha i supravodiča. Ovaj im pristup omogućuje otkrivanje količine Andreevljeve refleksije koja se vraća na supravodič.
"Ova tehnika uspostavlja kritičnu novu metodologiju za razumijevanje unutarnje kvantne strukture egzotičnih vrsta supravodiča poznatih kao nekonvencionalni supravodiči, što nam potencijalno omogućuje da se pozabavimo raznim otvorenim problemima u kvantnim materijalima", Jose Lado, docent na Sveučilište A alto, koje je pružilo teoretsku podršku istraživanju, navodi se u priopćenju za javnost.
Igor Zacharov, viši istraživač u Laboratoriju 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 jezgri tijekom provođenja električna struja i električna struja može teći bez prekida.
"Dok elektroni ili jezgre imaju kvantna stanja koja se mogu iskoristiti za računanje, supravodljiva struja ponaša se kao makro kvantna jedinica s kvantnim svojstvima", dodao je. "Stoga, obnavljamo situaciju u kojoj se makro stanje materije može koristiti za organiziranje obrade informacija dok ima očigledne kvantne učinke koji mu mogu dati računsku prednost."
Jedan od najvećih izazova u današnjem kvantnom računalstvu odnosi se na to kako supravodiče možemo učiniti još boljim.
Supravodljiva budućnost
Supravodljiva kvantna računala trenutno pobjeđuju rivalske tehnologije u smislu veličine procesora, rekao je Cubitt. Google je 2019. demonstrirao takozvanu "kvantnu nadmoć" na 53-qubitnom supravodljivom uređaju. IBM je nedavno lansirao kvantno računalo sa 127 supravodljivih qubita, a Rigetti je najavio 80-qubitni supravodljivi čip.
"Sve tvrtke za kvantni hardver imaju ambiciozne planove za skaliranje svojih računala u bliskoj budućnosti", dodao je Cubitt. "Ovo je potaknuto nizom napretka u inženjerstvu, koji je omogućio razvoj sofisticiranijih dizajna i optimizacije qubita. Najveći izazov za ovu posebnu tehnologiju je poboljšanje kvalitete vrata, tj. poboljšanje točnosti s kojom procesor može manipulirati informacijama i pokrenuti računanje."
Bolji supravodiči mogu biti ključni za izradu praktičnih kvantnih računala. Michael Biercuk, izvršni direktor tvrtke za kvantno računalstvo Q-CTRL, rekao je u intervjuu e-poštom da većina trenutačnih kvantnih računalnih sustava koristi legure niobija i aluminij, u kojima je supravodljivost otkrivena 1950-ih i 1960-ih.
"Jedan od najvećih izazova u današnjem kvantnom računalstvu odnosi se na to kako supravodiče možemo učiniti još boljim", dodao je Biercuk. "Na primjer, nečistoće u kemijskom sastavu ili strukturi nataloženih metala mogu uzrokovati izvore šuma i degradaciju performansi u kvantnim računalima - to dovodi do procesa poznatih kao dekoherencija u kojima se gubi 'kvantnost' sustava."
Kvantno računalstvo zahtijeva delikatnu ravnotežu između kvalitete qubita i broja qubita, objasnio je Zacharov. Svaki put kad qubit stupi u interakciju s okolinom, kao što je primanje signala za 'programiranje', mogao bi izgubiti svoje zapetljano stanje.
"Iako vidimo male pomake u svakom od navedenih tehnoloških pravaca, njihovo kombiniranje u dobro funkcionirajući uređaj još uvijek je nedostižno," dodao je.
'Sveti gral' kvantnog računalstva je uređaj sa stotinama qubita i niskom stopom pogreške. Znanstvenici se ne mogu složiti oko toga kako će postići ovaj cilj, ali jedan od mogućih odgovora je korištenje supravodiča.
"Sve veći broj kubita u silicijskoj supravodljivoj napravi naglašava potrebu za ogromnim rashladnim strojevima koji mogu dovesti velike radne količine do temperature blizu apsolutne nule," rekao je Zacharov.
