Key Takeaway
- Membuat komputer kuantum praktikal boleh bergantung pada mencari cara yang lebih baik untuk menggunakan bahan superkonduktor yang tidak mempunyai rintangan elektrik.
- Penyelidik di Makmal Kebangsaan Oak Ridge telah menemui kaedah untuk mencari elektron yang dipautkan dengan ketepatan yang melampau.
- Komputer kuantum superkonduktif pada masa ini mengatasi teknologi saingan dari segi saiz pemproses.
Komputer kuantum praktikal tidak lama lagi akan tiba dengan implikasi yang mendalam untuk segala-galanya daripada penemuan dadah hingga pemecahan kod.
Dalam satu langkah ke arah membina mesin kuantum yang lebih baik, penyelidik di Oak Ridge National Laboratory baru-baru ini mengukur arus elektrik antara hujung logam tajam atom dan superkonduktor. Kaedah baharu ini boleh mencari elektron yang dipautkan dengan ketepatan melampau dalam pergerakan yang boleh membantu mengesan jenis superkonduktor baharu, yang tidak mempunyai rintangan elektrik.
"Litar superkonduktor ialah pendahulu semasa untuk membina bit kuantum (qubit) dan get kuantum dalam perkakasan, " Toby Cubitt, pengarah Phasecraft, sebuah syarikat yang membina algoritma untuk aplikasi kuantum, memberitahu Lifewire dalam e-mel temuduga. "Kubit superkonduktor ialah litar elektrik keadaan pepejal, yang boleh direka bentuk dengan ketepatan dan fleksibiliti yang tinggi."
Tindakan Seram
Komputer kuantum mengambil kesempatan daripada fakta bahawa elektron boleh melompat dari satu sistem ke sistem lain melalui ruang angkasa menggunakan sifat misteri fizik kuantum. Jika pasangan elektron berpasangan dengan elektron lain tepat pada titik di mana logam dan superkonduktor bertemu, ia boleh membentuk apa yang dipanggil pasangan Cooper. Superkonduktor juga melepaskan sejenis zarah lain ke dalam logam, yang dikenali sebagai pantulan Andreev. Para penyelidik mencari pantulan Andreev ini untuk mengesan pasangan Cooper.
Universiti A alto / Jose Lado
Para saintis Oak Ridge mengukur arus elektrik antara hujung logam tajam atom dan superkonduktor. Pendekatan ini membolehkan mereka mengesan jumlah pantulan Andreev yang kembali kepada superkonduktor.
Teknik ini mewujudkan metodologi baharu yang kritikal untuk memahami struktur kuantum dalaman jenis superkonduktor eksotik yang dikenali sebagai superkonduktor tidak konvensional, yang berpotensi membolehkan kami menangani pelbagai masalah terbuka dalam bahan kuantum, Jose Lado, penolong profesor di Universiti A alto, yang memberikan sokongan teoritis kepada penyelidikan itu, berkata dalam siaran berita.
Igor Zacharov, seorang saintis penyelidikan kanan di Makmal Pemprosesan Maklumat Kuantum, Skoltech di Moscow, memberitahu Lifewire melalui e-mel bahawa superkonduktor ialah keadaan jirim di mana elektron tidak kehilangan tenaga dengan menyerakkan pada nukleus apabila menjalankan arus elektrik dan arus elektrik boleh mengalir tanpa henti.
"Walaupun elektron atau nukleus mempunyai keadaan kuantum yang boleh dieksploitasi untuk pengiraan, arus superkonduktor berkelakuan sebagai unit kuantum makro dengan sifat kuantum," tambahnya. "Oleh itu, kami memulihkan keadaan di mana keadaan makro jirim boleh digunakan untuk mengatur pemprosesan maklumat sementara ia mempunyai kesan kuantum yang nyata yang boleh memberikan kelebihan pengiraan."
Salah satu cabaran terbesar dalam pengkomputeran kuantum hari ini berkaitan dengan cara kita boleh menjadikan superkonduktor berprestasi lebih baik.
Masa Depan Superconducting
Komputer kuantum superkonduktif pada masa ini mengatasi teknologi saingan dari segi saiz pemproses, kata Cubitt. Google menunjukkan apa yang dipanggil "kekuasaan kuantum" pada peranti superkonduktor 53-qubit pada 2019. IBM baru-baru ini melancarkan komputer kuantum dengan 127 qubit superkonduktor, dan Rigetti telah mengumumkan cip superkonduktor 80-qubit.
"Semua syarikat perkakasan kuantum mempunyai peta jalan yang bercita-cita tinggi untuk menskalakan komputer mereka dalam masa terdekat," tambah Cubitt. "Ini telah didorong oleh pelbagai kemajuan dalam kejuruteraan, yang telah membolehkan pembangunan reka bentuk dan pengoptimuman qubit yang lebih canggih. Cabaran terbesar untuk teknologi khusus ini ialah meningkatkan kualiti pintu, iaitu, meningkatkan ketepatan pemproses. boleh memanipulasi maklumat dan menjalankan pengiraan."
Superkonduktor yang lebih baik mungkin menjadi kunci untuk membuat komputer kuantum praktikal. Michael Biercuk, Ketua Pegawai Eksekutif syarikat pengkomputeran kuantum Q-CTRL, berkata dalam temu bual e-mel bahawa kebanyakan sistem pengkomputeran kuantum semasa menggunakan aloi niobium dan aluminium, di mana superkonduktiviti ditemui pada tahun 1950-an dan 1960-an.
"Salah satu cabaran terbesar dalam pengkomputeran kuantum hari ini berkaitan dengan cara kita boleh menjadikan superkonduktor berprestasi lebih baik," tambah Biercuk. "Sebagai contoh, kekotoran dalam komposisi kimia atau struktur logam termendap boleh menyebabkan sumber bunyi bising dan kemerosotan prestasi dalam komputer kuantum-ini membawa kepada proses yang dikenali sebagai dekoheren di mana 'kuantum' sistem hilang."
Pengkomputeran kuantum memerlukan keseimbangan yang halus antara kualiti qubit dan bilangan qubit, jelas Zacharov. Setiap kali qubit berinteraksi dengan persekitaran, seperti menerima isyarat untuk 'pengaturcaraan,' ia boleh kehilangan keadaan terjeratnya.
"Walaupun kami melihat kemajuan kecil dalam setiap arahan teknologi yang ditunjukkan, menggabungkannya menjadi peranti yang berfungsi dengan baik masih sukar difahami," tambahnya.
'Holy Grail' pengkomputeran kuantum ialah peranti dengan ratusan qubit dan kadar ralat yang rendah. Para saintis tidak boleh bersetuju tentang cara mereka akan mencapai matlamat ini, tetapi satu jawapan yang mungkin adalah menggunakan superkonduktor.
"Bilangan qubit yang semakin meningkat dalam peranti superkonduktor silikon menekankan keperluan untuk mesin penyejukan gergasi yang boleh memacu volum operasi yang besar menghampiri suhu sifar mutlak," kata Zacharov.
