Klíčové poznatky
- Vytváření praktických kvantových počítačů by mohlo záviset na nalezení lepších způsobů využití supravodivých materiálů, které nemají žádný elektrický odpor.
- Výzkumníci z Oak Ridge National Laboratory objevili metodu, jak najít spojené elektrony s extrémní přesností.
- Supravodivé kvantové počítače v současnosti porážejí konkurenční technologie, pokud jde o velikost procesoru.
Praktické kvantové počítače by mohly brzy přijít s hlubokými důsledky pro vše od objevování léků po prolamování kódu.
V rámci kroku směrem k budování lepších kvantových strojů vědci z Národní laboratoře Oak Ridge nedávno změřili elektrický proud mezi atomově ostrým kovovým hrotem a supravodičem. Tato nová metoda dokáže najít spojené elektrony s extrémní přesností v pohybu, který by mohl pomoci detekovat nové druhy supravodičů, které nemají žádný elektrický odpor.
„Supravodivé obvody jsou současným průkopníkem ve vytváření kvantových bitů (qubitů) a kvantových bran v hardwaru,“řekl Lifewire v e-mailu Toby Cubitt, ředitel Phasecraft, společnosti, která vytváří algoritmy pro kvantové aplikace. rozhovor. "Supravodivé qubity jsou polovodičové elektrické obvody, které lze navrhnout s vysokou přesností a flexibilitou."
Strašidelná akce
Kvantové počítače využívají toho, že elektrony mohou přeskakovat z jednoho systému do druhého vesmírem pomocí tajemných vlastností kvantové fyziky. Pokud se elektron spáruje s jiným elektronem přímo v místě, kde se setkávají kov a supravodič, může vytvořit to, co se nazývá Cooperův pár. Supravodič také uvolňuje další druh částic do kovu, známý jako Andreevův odraz. Výzkumníci hledali tyto Andreevovy odrazy, aby odhalili Cooperovy páry.
A alto University / Jose Lado
Vědci z Oak Ridge měřili elektrický proud mezi atomově ostrým kovovým hrotem a supravodičem. Tento přístup jim umožňuje detekovat množství Andreevova odrazu vracejícího se do supravodiče.
Tato technika zavádí kritickou novou metodologii pro pochopení vnitřní kvantové struktury exotických typů supravodičů známých jako nekonvenční supravodiče, což nám potenciálně umožňuje řešit různé otevřené problémy v kvantových materiálech, Jose Lado, odborný asistent na A alto University, která poskytla teoretickou podporu výzkumu, uvedla v tiskové zprávě.
Igor Zacharov, vedoucí výzkumný pracovník v laboratoři Quantum Information Processing Laboratory, Skoltech v Moskvě, řekl Lifewire e-mailem, že supravodič je stav hmoty, ve kterém elektrony neztrácejí energii rozptylem na jádrech při vedení elektrický proud a elektrický proud může téci nezmenšeně.
„Zatímco elektrony nebo jádra mají kvantové stavy, které lze využít pro výpočty, supravodivý proud se chová jako makrokvantová jednotka s kvantovými vlastnostmi,“dodal. "Proto obnovujeme situaci, ve které může být makrostav hmoty použit k organizaci zpracování informací, zatímco má zjevně kvantové efekty, které mu mohou poskytnout výpočetní výhodu."
Jedna z největších výzev dnešních kvantových počítačů se týká toho, jak můžeme supravodiče ještě zlepšit výkon.
Supravodivá budoucnost
Supravodivé kvantové počítače v současnosti porážejí konkurenční technologie, pokud jde o velikost procesoru, řekl Cubitt. Google prokázal takzvanou „kvantovou nadřazenost“na 53-qubitovém supravodivém zařízení v roce 2019. IBM nedávno uvedla na trh kvantový počítač se 127 supravodivými qubity a Rigetti oznámila 80-qubitový supravodivý čip.
„Všechny společnosti zabývající se kvantovým hardwarem mají ambiciózní plány, jak škálovat své počítače v blízké budoucnosti,“dodal Cubitt. "To bylo způsobeno řadou pokroků ve strojírenství, které umožnily vývoj sofistikovanějších návrhů a optimalizace qubitů. Největší výzvou pro tuto konkrétní technologii je zlepšení kvality bran, tedy zlepšení přesnosti, s jakou procesor může manipulovat s informacemi a spustit výpočet."
Lepší supravodiče mohou být klíčem k výrobě praktických kvantových počítačů. Michael Biercuk, generální ředitel kvantové výpočetní společnosti Q-CTRL, v e-mailovém rozhovoru uvedl, že většina současných kvantových výpočetních systémů používá slitiny niobu a hliník, ve kterých byla v 50. a 60. letech objevena supravodivost.
„Jedna z největších výzev dnešních kvantových počítačů se týká toho, jak můžeme zajistit, aby supravodiče fungovaly ještě lépe,“dodal Biercuk. "Například nečistoty v chemickém složení nebo struktuře uložených kovů mohou způsobit zdroje hluku a zhoršení výkonu v kvantových počítačích - to vede k procesům známým jako dekoherence, při kterých se ztrácí "kvantovost" systému."
Kvantové výpočty vyžadují jemnou rovnováhu mezi kvalitou qubitů a počtem qubitů, vysvětlil Zacharov. Pokaždé, když qubit interaguje s prostředím, například přijímá signály pro „programování“, může ztratit svůj zapletený stav.
„I když vidíme malé pokroky v každém z naznačených technologických směrů, jejich zkombinování do dobrého fungujícího zařízení je stále těžko uchopitelné,“dodal.
'Svatý grál' kvantového počítání je zařízení se stovkami qubitů a nízkou chybovostí. Vědci se nemohou shodnout na tom, jak tohoto cíle dosáhnou, ale jednou z možných odpovědí je použití supravodičů.
„Rostoucí počet qubitů v křemíkovém supravodivém zařízení zdůrazňuje potřebu obřích chladicích strojů, které dokážou pohánět velké provozní objemy blízké teplotě absolutní nuly,“řekl Zacharov.
