Sleutel wegneemetes
- Die maak van praktiese kwantumrekenaars kan afhang daarvan om beter maniere te vind om supergeleidende materiale te gebruik wat geen elektriese weerstand het nie.
- Navorsers by Oak Ridge National Laboratory het 'n metode ontdek om gekoppelde elektrone met uiterste akkuraatheid te vind.
- Suprageleidende kwantumrekenaars klop tans mededingende tegnologieë in terme van verwerkergrootte.
Praktiese kwantumrekenaars kan binnekort opdaag met diepgaande implikasies vir alles van dwelmontdekking tot kodebreking.
In 'n stap in die rigting van die bou van beter kwantummasjiene, het navorsers by Oak Ridge National Laboratory onlangs die elektriese stroom tussen 'n atoom-skerp metaalpunt en 'n supergeleier gemeet. Hierdie nuwe metode kan gekoppelde elektrone met uiterste akkuraatheid vind in 'n beweging wat kan help om nuwe soorte supergeleiers op te spoor, wat geen elektriese weerstand het nie.
"Suprageleidende stroombane is die huidige voorloper vir die bou van kwantumbisse (qubits) en kwantumhekke in hardeware," het Toby Cubitt, die direkteur van Phasecraft, 'n maatskappy wat algoritmes vir kwantumtoepassings bou, in 'n e-pos aan Lifewire gesê onderhoud. "Suprageleidende qubits is vastetoestand elektriese stroombane, wat met hoë akkuraatheid en buigsaamheid ontwerp kan word."
Spooky Action
Kwantumrekenaars benut die feit dat elektrone van een stelsel na 'n ander deur die ruimte kan spring deur die geheimsinnige eienskappe van kwantumfisika te gebruik. As 'n elektron met 'n ander elektron pare reg op die punt waar metaal en supergeleier ontmoet, kan dit wat 'n Cooper-paar genoem word, vorm. Die supergeleier stel ook 'n ander soort deeltjie vry in die metaal, bekend as Andreev-refleksie. Die navorsers het na hierdie Andreev-refleksies gesoek om Cooper-pare op te spoor.
A alto Universiteit / Jose Lado
Die Oak Ridge-wetenskaplikes het die elektriese stroom tussen 'n atomies skerp metaalpunt en 'n supergeleier gemeet. Hierdie benadering laat hulle die hoeveelheid Andreev-refleksie opspoor wat na die supergeleier terugkeer.
Hierdie tegniek vestig 'n kritiese nuwe metodologie vir die begrip van die interne kwantumstruktuur van eksotiese tipes supergeleiers bekend as onkonvensionele supergeleiers, wat ons moontlik in staat stel om 'n verskeidenheid oop probleme in kwantummateriale aan te pak, Jose Lado, 'n assistent professor by A alto Universiteit, wat teoretiese ondersteuning aan die navorsing verskaf het, het in 'n nuusverklaring gesê.
Igor Zacharov, 'n senior navorsingswetenskaplike by die Quantum Information Processing Laboratory, Skoltech in Moskou, het per e-pos aan Lifewire gesê dat 'n supergeleier 'n toestand van materie is waarin elektrone nie energie verloor deur op die kerne te verstrooi wanneer die elektriese stroom en die elektriese stroom kan onverpoosd vloei.
"Terwyl elektrone of kerne kwantumtoestande het wat vir berekening ontgin kan word, tree supergeleidende stroom op as 'n makro-kwantumeenheid met kwantumeienskappe," het hy bygevoeg. "Daarom herstel ons die situasie waarin 'n makrotoestand van materie gebruik kan word om inligtingverwerking te organiseer terwyl dit duidelik kwantum-effekte het wat dit 'n berekeningsvoordeel kan gee."
Een van die grootste uitdagings in kwantumberekening vandag hou verband met hoe ons supergeleiers selfs beter kan laat presteer.
The Superconducting Future
Suprageleidende kwantumrekenaars klop tans mededingende tegnologieë in terme van verwerkergrootte, het Cubitt gesê. Google het in 2019 sogenaamde "kwantum-oorheersing" op 'n 53-kwbit-supergeleiertoestel gedemonstreer. IBM het onlangs 'n kwantumrekenaar met 127 supergeleidende qubits bekendgestel, en Rigetti het 'n 80-kwbit-supergeleierskyfie aangekondig.
"Alle kwantum hardeware maatskappye het ambisieuse padkaarte om hul rekenaars in die nabye toekoms te skaal," het Cubitt bygevoeg. "Dit is aangedryf deur 'n reeks vooruitgang in ingenieurswese, wat die ontwikkeling van meer gesofistikeerde qubit-ontwerpe en optimalisering moontlik gemaak het. Die grootste uitdaging vir hierdie spesifieke tegnologie is om die kwaliteit van die hekke te verbeter, d.w.s. die verbetering van die akkuraatheid waarmee die verwerker kan die inligting manipuleer en 'n berekening laat loop."
Beter supergeleiers kan die sleutel wees om praktiese kwantumrekenaars te maak. Michael Biercuk, die uitvoerende hoof van die kwantumrekenaarmaatskappy Q-CTRL, het in 'n e-posonderhoud gesê die meeste huidige kwantumrekenaarstelsels gebruik niobiumlegerings en aluminium, waarin supergeleiding in die 1950's en 1960's ontdek is.
"Een van die grootste uitdagings in kwantumberekening vandag hou verband met hoe ons supergeleiers selfs beter kan laat presteer," het Biercuk bygevoeg. "Onsuiwerhede in die chemiese samestelling of die struktuur van die afgesette metale kan byvoorbeeld bronne van geraas en werkverrigtingagteruitgang in kwantumrekenaars veroorsaak - dit lei tot prosesse bekend as dekoherensie waarin die 'kwantumheid' van die stelsel verlore gaan."
Kwantumberekening vereis 'n delikate balans tussen die kwaliteit van 'n qubit en die aantal qubits, het Zacharov verduidelik. Elke keer as 'n kwbit met die omgewing in wisselwerking tree, soos om seine vir 'programmering' te ontvang, kan dit sy verstrengelde toestand verloor.
"Terwyl ons klein vooruitgang in elk van die aangeduide tegnologiese rigtings sien, is dit steeds ontwykend om dit in 'n goeie werkende toestel te kombineer," het hy bygevoeg.
Die 'Heilige Graal' van kwantumrekenaars is 'n toestel met honderde qubits en lae foutkoerse. Wetenskaplikes kan nie saamstem oor hoe hulle hierdie doelwit sal bereik nie, maar een moontlike antwoord is om supergeleiers te gebruik.
"Die toenemende aantal qubits in 'n silikon supergeleidende toestel beklemtoon 'n behoefte aan reuse-verkoelingsmasjiene wat groot operasionele volumes naby aan absolute nultemperatuur kan aandryf," het Zacharov gesê.
