Βασικά Takeaways
- Η κατασκευή πρακτικών κβαντικών υπολογιστών θα μπορούσε να εξαρτάται από την εύρεση καλύτερων τρόπων χρήσης υπεραγώγιμων υλικών που δεν έχουν ηλεκτρική αντίσταση.
- Ερευνητές στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge ανακάλυψαν μια μέθοδο για την εύρεση συνδεδεμένων ηλεκτρονίων με εξαιρετική ακρίβεια.
- Οι υπεραγώγιμοι κβαντικοί υπολογιστές ξεπερνούν επί του παρόντος τις αντίπαλες τεχνολογίες όσον αφορά το μέγεθος του επεξεργαστή.
Πρακτικοί κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν σύντομα να φτάσουν με βαθιές συνέπειες για τα πάντα, από την ανακάλυψη ναρκωτικών μέχρι την παραβίαση κωδικών.
Σε ένα βήμα προς την κατασκευή καλύτερων κβαντικών μηχανών, ερευνητές στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge μέτρησαν πρόσφατα το ηλεκτρικό ρεύμα ανάμεσα σε μια ατομικά αιχμηρή μεταλλική άκρη και έναν υπεραγωγό. Αυτή η νέα μέθοδος μπορεί να βρει συνδεδεμένα ηλεκτρόνια με εξαιρετική ακρίβεια σε μια κίνηση που θα μπορούσε να βοηθήσει στην ανίχνευση νέων ειδών υπεραγωγών, που δεν έχουν ηλεκτρική αντίσταση.
"Τα υπεραγώγιμα κυκλώματα είναι ο σημερινός πρωτοπόρος για την κατασκευή κβαντικών bit (qubits) και κβαντικών πυλών στο υλικό", είπε ο Toby Cubitt, διευθυντής της Phasecraft, μιας εταιρείας που κατασκευάζει αλγόριθμους για κβαντικές εφαρμογές, στο Lifewire σε ένα email. συνέντευξη. "Τα υπεραγώγιμα qubits είναι ηλεκτρικά κυκλώματα στερεάς κατάστασης, τα οποία μπορούν να σχεδιαστούν με υψηλή ακρίβεια και ευελιξία."
Τρομακτική δράση
Οι κβαντικοί υπολογιστές εκμεταλλεύονται το γεγονός ότι τα ηλεκτρόνια μπορούν να πηδήξουν από το ένα σύστημα στο άλλο μέσω του διαστήματος χρησιμοποιώντας τις μυστηριώδεις ιδιότητες της κβαντικής φυσικής. Εάν ένα ηλεκτρόνιο ζευγαρώσει με ένα άλλο ηλεκτρόνιο ακριβώς στο σημείο όπου συναντώνται το μέταλλο και ο υπεραγωγός, θα μπορούσε να σχηματίσει αυτό που ονομάζεται ζεύγος Cooper. Ο υπεραγωγός απελευθερώνει επίσης ένα άλλο είδος σωματιδίου στο μέταλλο, γνωστό ως ανάκλαση Andreev. Οι ερευνητές αναζήτησαν αυτές τις αντανακλάσεις Andreev για να ανιχνεύσουν ζεύγη Cooper.
Πανεπιστήμιο A alto / Jose Lado
Οι επιστήμονες του Oak Ridge μέτρησαν το ηλεκτρικό ρεύμα ανάμεσα σε ένα ατομικά αιχμηρό μεταλλικό άκρο και έναν υπεραγωγό. Αυτή η προσέγγιση τους επιτρέπει να ανιχνεύουν την ποσότητα της ανάκλασης Andreev που επιστρέφει στον υπεραγωγό.
Αυτή η τεχνική καθιερώνει μια κρίσιμη νέα μεθοδολογία για την κατανόηση της εσωτερικής κβαντικής δομής εξωτικών τύπων υπεραγωγών γνωστών ως μη συμβατικών υπεραγωγών, επιτρέποντάς μας ενδεχομένως να αντιμετωπίσουμε μια ποικιλία ανοιχτών προβλημάτων στα κβαντικά υλικά, Jose Lado, επίκουρος καθηγητής στο Το Πανεπιστήμιο A alto, το οποίο παρείχε θεωρητική υποστήριξη στην έρευνα, ανέφερε σε δελτίο τύπου.
Ο Igor Zacharov, ανώτερος ερευνητής στο Κβαντικό Εργαστήριο Επεξεργασίας Πληροφοριών, Skoltech στη Μόσχα, είπε στο Lifewire μέσω email ότι ένας υπεραγωγός είναι μια κατάσταση της ύλης στην οποία τα ηλεκτρόνια δεν χάνουν ενέργεια με τη διασπορά στους πυρήνες κατά τη διεξαγωγή της ηλεκτρικό ρεύμα και το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να ρέει αμείωτα.
"Ενώ τα ηλεκτρόνια ή οι πυρήνες έχουν κβαντικές καταστάσεις που μπορούν να αξιοποιηθούν για υπολογισμό, το υπεραγώγιμο ρεύμα συμπεριφέρεται ως μακρο κβαντική μονάδα με κβαντικές ιδιότητες", πρόσθεσε. "Ως εκ τούτου, ανακτούμε την κατάσταση στην οποία μια μακροκατάσταση της ύλης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την οργάνωση της επεξεργασίας πληροφοριών ενώ έχει προφανώς κβαντικά αποτελέσματα που μπορεί να της δώσουν ένα υπολογιστικό πλεονέκτημα."
Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στον κβαντικό υπολογισμό σήμερα σχετίζεται με το πώς μπορούμε να κάνουμε τους υπεραγωγούς να αποδίδουν ακόμα καλύτερα.
Το Υπεραγώγιμο Μέλλον
Οι υπεραγώγιμοι κβαντικοί υπολογιστές ξεπερνούν επί του παρόντος τις αντίπαλες τεχνολογίες όσον αφορά το μέγεθος του επεξεργαστή, είπε ο Cubitt. Η Google επέδειξε τη λεγόμενη "κβαντική υπεροχή" σε μια υπεραγώγιμη συσκευή 53 qubit το 2019. Η IBM κυκλοφόρησε πρόσφατα έναν κβαντικό υπολογιστή με 127 υπεραγώγιμα qubits και ο Rigetti ανακοίνωσε ένα υπεραγώγιμο τσιπ 80 qubit.
"Όλες οι εταιρείες κβαντικού υλικού έχουν φιλόδοξους οδικούς χάρτες για να κλιμακώσουν τους υπολογιστές τους στο εγγύς μέλλον", πρόσθεσε ο Cubitt. "Αυτό οφείλεται σε μια σειρά από προόδους στη μηχανική, που επέτρεψαν την ανάπτυξη πιο εξελιγμένων σχεδίων qubit και βελτιστοποίησης. Η μεγαλύτερη πρόκληση για τη συγκεκριμένη τεχνολογία είναι η βελτίωση της ποιότητας των πυλών, δηλαδή η βελτίωση της ακρίβειας με την οποία ο επεξεργαστής μπορεί να χειριστεί τις πληροφορίες και να εκτελέσει έναν υπολογισμό."
Οι καλύτεροι υπεραγωγοί μπορεί να είναι το κλειδί για την κατασκευή πρακτικών κβαντικών υπολογιστών. Ο Michael Biercuk, Διευθύνων Σύμβουλος της εταιρείας κβαντικών υπολογιστών Q-CTRL, είπε σε μια συνέντευξη μέσω email ότι τα περισσότερα τρέχοντα συστήματα κβαντικών υπολογιστών χρησιμοποιούν κράματα νιοβίου και αλουμίνιο, στα οποία ανακαλύφθηκε η υπεραγωγιμότητα τη δεκαετία του 1950 και του 1960.
"Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στον κβαντικό υπολογισμό σήμερα σχετίζεται με το πώς μπορούμε να κάνουμε τους υπεραγωγούς να αποδίδουν ακόμα καλύτερα", πρόσθεσε ο Biercuk. "Για παράδειγμα, οι ακαθαρσίες στη χημική σύνθεση ή τη δομή των εναποτιθέμενων μετάλλων μπορεί να προκαλέσουν πηγές θορύβου και υποβάθμιση της απόδοσης σε κβαντικούς υπολογιστές - αυτές οδηγούν σε διαδικασίες γνωστές ως αποσυνοχή κατά τις οποίες χάνεται η "κβαντικότητα" του συστήματος."
Ο κβαντικός υπολογισμός απαιτεί μια λεπτή ισορροπία μεταξύ της ποιότητας ενός qubit και του αριθμού των qubit, εξήγησε ο Zacharov. Κάθε φορά που ένα qubit αλληλεπιδρά με το περιβάλλον, όπως λήψη σημάτων για "προγραμματισμό", θα μπορούσε να χάσει την κατάσταση εμπλοκής του.
"Ενώ βλέπουμε μικρές προόδους σε καθεμία από τις υποδεικνυόμενες τεχνολογικές κατευθύνσεις, ο συνδυασμός τους σε μια καλή συσκευή λειτουργίας εξακολουθεί να είναι άπιαστος", πρόσθεσε.
Το «Ιερό Δισκοπότηρο» των κβαντικών υπολογιστών είναι μια συσκευή με εκατοντάδες qubits και χαμηλά ποσοστά σφάλματος. Οι επιστήμονες δεν μπορούν να συμφωνήσουν για το πώς θα επιτύχουν αυτόν τον στόχο, αλλά μια πιθανή απάντηση είναι η χρήση υπεραγωγών.
"Ο αυξανόμενος αριθμός qubits σε μια υπεραγώγιμη συσκευή πυριτίου τονίζει την ανάγκη για γιγάντιες μηχανές ψύξης που μπορούν να οδηγήσουν μεγάλους λειτουργικούς όγκους κοντά στο απόλυτο μηδέν θερμοκρασία", είπε ο Zacharov.
