Recomandări cheie
- Fabricarea de calculatoare cuantice practice ar putea depinde de găsirea unor modalități mai bune de utilizare a materialelor supraconductoare care nu au rezistență electrică.
- Cercetătorii de la Laboratorul Național Oak Ridge au descoperit o metodă de a găsi electroni legați cu o precizie extremă.
- Calculatoarele cuantice superconductoare depășesc în prezent tehnologiile rivale în ceea ce privește dimensiunea procesorului.
Calculatoarele cuantice practice ar putea veni în curând cu implicații profunde pentru orice, de la descoperirea medicamentelor la ruperea codului.
Într-un pas către construirea de mașini cuantice mai bune, cercetătorii de la Laboratorul Național Oak Ridge au măsurat recent curentul electric dintre un vârf metalic ascuțit atomic și un supraconductor. Această nouă metodă poate găsi electroni legați cu o precizie extremă într-o mișcare care ar putea ajuta la detectarea de noi tipuri de supraconductori, care nu au rezistență electrică.
„Circuitele supraconductoare sunt pioniera actuală pentru construirea de biți cuantici (qubiți) și porți cuantice în hardware”, a declarat Toby Cubitt, directorul Phasecraft, o companie care creează algoritmi pentru aplicații cuantice, a declarat pentru Lifewire într-un e-mail. interviu. „Qubiții supraconductori sunt circuite electrice cu stare solidă, care pot fi proiectate cu precizie și flexibilitate ridicate.”
Acțiune înfricoșătoare
Calculatoarele cuantice profită de faptul că electronii pot sări de la un sistem la altul prin spațiu folosind proprietățile misterioase ale fizicii cuantice. Dacă un electron se face pereche cu un alt electron chiar în punctul în care metalul și supraconductorul se întâlnesc, ar putea forma ceea ce se numește o pereche Cooper. Supraconductorul eliberează și un alt tip de particule în metal, cunoscut sub numele de reflexie Andreev. Cercetătorii au căutat aceste reflexii Andreev pentru a detecta perechile Cooper.
Universitatea A alto / Jose Lado
Oamenii de știință de la Oak Ridge au măsurat curentul electric dintre un vârf metalic ascuțit atomic și un supraconductor. Această abordare le permite să detecteze cantitatea de reflexie Andreev care se întoarce la supraconductor.
„Această tehnică stabilește o nouă metodologie critică pentru înțelegerea structurii cuantice interne a tipurilor exotice de supraconductori cunoscute sub numele de supraconductori neconvenționali, permițându-ne potențial să abordăm o varietate de probleme deschise în materialele cuantice, Jose Lado, profesor asistent la Universitatea A alto, care a oferit sprijin teoretic cercetării, a declarat într-un comunicat de presă.
Igor Zacharov, cercetător senior la Laboratorul de procesare a informațiilor cuantice, Skoltech din Moscova, a declarat pentru Lifewire prin e-mail că un supraconductor este o stare a materiei în care electronii nu pierd energie prin împrăștiere pe nuclee atunci când efectuează curentul electric și curentul electric poate circula fără încetare.
„În timp ce electronii sau nucleele au stări cuantice care pot fi exploatate pentru calcul, curentul supraconductor se comportă ca o unitate cuantică macro cu proprietăți cuantice”, a adăugat el. „Prin urmare, recuperăm situația în care o stare macro a materiei poate fi folosită pentru a organiza procesarea informațiilor în timp ce are efecte în mod evident cuantice care îi pot oferi un avantaj computațional.”
Una dintre cele mai mari provocări în calculul cuantic de astăzi se referă la modul în care putem face supraconductorii să funcționeze și mai bine.
Viitorul supraconductor
Calculatoarele cuantice superconductoare depășesc în prezent tehnologiile rivale în ceea ce privește dimensiunea procesorului, a spus Cubitt. Google a demonstrat așa-numita „supremație cuantică” pe un dispozitiv supraconductor de 53 de qubiți în 2019. IBM a lansat recent un computer cuantic cu 127 de qubiți supraconductori, iar Rigetti a anunțat un cip supraconductor de 80 de qubiți.
„Toate companiile de hardware cuantic au foi de parcurs ambițioase pentru a-și scala computerele în viitorul apropiat”, a adăugat Cubitt. „Acest lucru a fost determinat de o serie de progrese în inginerie, care au permis dezvoltarea unor design-uri de qubit mai sofisticate și optimizare. Cea mai mare provocare pentru această tehnologie specială este îmbunătățirea calității porților, adică îmbunătățirea preciziei cu care procesorul poate manipula informațiile și rula un calcul."
Superconductori mai buni pot fi cheia pentru realizarea calculatoarelor cuantice practice. Michael Biercuk, CEO-ul companiei de calcul cuantic Q-CTRL, a declarat într-un interviu prin e-mail că cele mai multe sisteme de calcul cuantic actuale folosesc aliaje de niobiu și aluminiu, în care supraconductivitatea a fost descoperită în anii 1950 și 1960.
„Una dintre cele mai mari provocări în calculul cuantic de astăzi se referă la modul în care putem face ca supraconductorii să funcționeze și mai bine”, a adăugat Biercuk. „De exemplu, impuritățile din compoziția chimică sau structura metalelor depuse pot cauza surse de zgomot și degradarea performanței în computerele cuantice - acestea duc la procese cunoscute sub numele de decoerență în care se pierde „cuantitatea” sistemului.”
Calculul cuantic necesită un echilibru delicat între calitatea unui qubit și numărul de qubiți, a explicat Zacharov. De fiecare dată când un qubit interacționează cu mediul, cum ar fi primirea de semnale pentru „programare”, acesta își poate pierde starea de încurcătură.
„Deși vedem mici progrese în fiecare dintre direcțiile tehnologice indicate, combinarea acestora într-un dispozitiv bun de funcționare este încă evazivă”, a adăugat el.
„Sfântul Graal” al calculului cuantic este un dispozitiv cu sute de qubiți și rate scăzute de eroare. Oamenii de știință nu pot fi de acord cu privire la modul în care vor atinge acest obiectiv, dar un răspuns posibil este utilizarea supraconductorilor.
„Numărul tot mai mare de qubiți dintr-un dispozitiv supraconductor de siliciu subliniază nevoia de mașini de răcire uriașe care pot conduce volume operaționale mari aproape de temperatura zero absolut”, a spus Zacharov.
