Mga Key Takeaway
- Ang paggawa ng mga praktikal na quantum computer ay maaaring nakasalalay sa paghahanap ng mas mahuhusay na paraan para gumamit ng mga superconducting na materyales na walang electrical resistance.
- Nakatuklas ang mga mananaliksik sa Oak Ridge National Laboratory ng isang paraan upang makahanap ng mga naka-link na electron na may matinding katumpakan.
- Ang mga superconducting quantum computer ay kasalukuyang tinatalo ang mga kalabang teknolohiya sa mga tuntunin ng laki ng processor.
Malapit nang dumating ang mga praktikal na quantum computer na may malalim na implikasyon para sa lahat mula sa pagtuklas ng droga hanggang sa code-breaking.
Sa isang hakbang patungo sa pagbuo ng mas mahuhusay na quantum machine, sinukat kamakailan ng mga mananaliksik sa Oak Ridge National Laboratory ang electrical current sa pagitan ng atomically sharp metallic tip at superconductor. Ang bagong paraan na ito ay makakahanap ng mga naka-link na electron na may matinding katumpakan sa isang galaw na makakatulong sa pag-detect ng mga bagong uri ng superconductor, na walang electrical resistance.
"Ang mga superconducting circuit ay ang kasalukuyang front-runner para sa pagbuo ng mga quantum bits (qubits) at quantum gate sa hardware, " sinabi ni Toby Cubitt, ang direktor ng Phasecraft, isang kumpanyang gumagawa ng mga algorithm para sa mga quantum application, sa Lifewire sa isang email. panayam. "Ang mga superconducting qubit ay mga solid-state na electrical circuit, na maaaring idisenyo nang may mataas na katumpakan at flexibility."
Spooky Action
Ang mga Quantum computer ay sinasamantala ang katotohanan na ang mga electron ay maaaring tumalon mula sa isang sistema patungo sa isa pa sa pamamagitan ng espasyo gamit ang mga mahiwagang katangian ng quantum physics. Kung ang isang electron pairs sa isa pang electron sa mismong punto kung saan ang metal at superconductor ay nagtatagpo, maaari itong bumuo ng tinatawag na Cooper pair. Ang superconductor ay naglalabas din ng isa pang uri ng particle sa metal, na kilala bilang Andreev reflection. Hinanap ng mga mananaliksik ang Andreev reflections na ito para makita ang mga Cooper pairs.
A alto University / Jose Lado
Ang Oak Ridge scientist ay sinukat ang electrical current sa pagitan ng atomically sharp metallic tip at isang superconductor. Hinahayaan sila ng diskarteng ito na matukoy ang dami ng pagmuni-muni ni Andreev na bumabalik sa superconductor.
Ang diskarteng ito ay nagtatatag ng isang kritikal na bagong pamamaraan para sa pag-unawa sa panloob na istruktura ng quantum ng mga kakaibang uri ng superconductor na kilala bilang hindi kinaugalian na mga superconductor, na posibleng nagbibigay-daan sa amin na harapin ang iba't ibang bukas na problema sa quantum material, si Jose Lado, isang assistant professor sa Ang A alto University, na nagbigay ng teoretikal na suporta sa pananaliksik, ay nagsabi sa isang paglabas ng balita.
Igor Zacharov, isang senior research scientist sa Quantum Information Processing Laboratory, Skoltech sa Moscow, ay nagsabi sa Lifewire sa pamamagitan ng email na ang superconductor ay isang estado ng bagay kung saan ang mga electron ay hindi nawawalan ng enerhiya sa pamamagitan ng pagkalat sa nuclei kapag nagsasagawa ng electric current at ang electric current ay maaaring dumaloy nang walang tigil.
"Habang ang mga electron o nuclei ay may mga quantum state na maaaring samantalahin para sa pagtutuos, ang superconducting current ay kumikilos bilang isang macro quantum unit na may mga katangian ng quantum," dagdag niya. "Samakatuwid, binabawi namin ang sitwasyon kung saan ang isang macro state of matter ay maaaring gamitin upang ayusin ang pagpoproseso ng impormasyon habang ito ay may malinaw na quantum effect na maaaring magbigay dito ng computational advantage."
Ang isa sa pinakamalaking hamon sa quantum computing ngayon ay nauugnay sa kung paano natin mapapahusay ang performance ng mga superconductor.
The Superconducting Future
Ang mga superconducting quantum computer ay kasalukuyang tinatalo ang mga karibal na teknolohiya sa mga tuntunin ng laki ng processor, sabi ni Cubitt. Ipinakita ng Google ang tinatawag na "quantum supremacy" sa isang 53-qubit superconducting device noong 2019. Naglunsad kamakailan ang IBM ng isang quantum computer na may 127 superconducting qubits, at inihayag ni Rigetti ang isang 80-qubit superconducting chip.
"Lahat ng kumpanya ng quantum hardware ay may mga ambisyosong roadmap para i-scale ang kanilang mga computer sa malapit na hinaharap," dagdag ni Cubitt. "Ito ay hinimok ng isang hanay ng mga pag-unlad sa engineering, na nagbigay-daan sa pagbuo ng mas sopistikadong mga disenyo at pag-optimize ng qubit. Ang pinakamalaking hamon para sa partikular na teknolohiyang ito ay ang pagpapabuti ng kalidad ng mga gate, ibig sabihin, pagpapabuti ng katumpakan kung saan ang processor maaaring manipulahin ang impormasyon at magpatakbo ng computation."
Maaaring maging susi ang mas mahuhusay na superconductor sa paggawa ng mga praktikal na quantum computer. Sinabi ni Michael Biercuk, ang CEO ng quantum computing company na Q-CTRL, sa isang email interview na ang karamihan sa kasalukuyang mga quantum computing system ay gumagamit ng niobium alloys at aluminum, kung saan natuklasan ang superconductivity noong 1950s at 1960s.
"Ang isa sa mga pinakamalaking hamon sa quantum computing ngayon ay nauugnay sa kung paano natin mapapahusay ang pagganap ng mga superconductor," dagdag ni Biercuk. "Halimbawa, ang mga dumi sa kemikal na komposisyon o ang istraktura ng mga nakadeposito na metal ay maaaring magdulot ng mga pinagmumulan ng ingay at pagkasira ng performance sa mga quantum computer-ang mga ito ay humahantong sa mga prosesong kilala bilang decoherence kung saan nawawala ang 'quantumness' ng system."
Quantum computing ay nangangailangan ng isang maselan na balanse sa pagitan ng kalidad ng isang qubit at ang bilang ng mga qubit, ipinaliwanag ni Zacharov. Sa tuwing nakikipag-ugnayan ang isang qubit sa kapaligiran, gaya ng pagtanggap ng mga signal para sa 'pagprograma,' maaari itong mawala ang pagkakasalubong nito.
"Habang nakakakita kami ng maliliit na pag-unlad sa bawat isa sa mga ipinahiwatig na teknolohikal na direksyon, ang pagsasama-sama ng mga ito sa isang mahusay na gumaganang device ay mailap pa rin," dagdag niya.
Ang 'Holy Grail' ng quantum computing ay isang device na may daan-daang qubit at mababang rate ng error. Hindi magkasundo ang mga siyentipiko kung paano nila makakamit ang layuning ito, ngunit ang isang posibleng sagot ay ang paggamit ng mga superconductor.
"Ang pagtaas ng bilang ng mga qubit sa isang silicon superconducting device ay nagbibigay-diin sa pangangailangan para sa mga higanteng cooling machine na maaaring magmaneho ng malalaking volume ng pagpapatakbo na malapit sa absolute zero na temperatura," sabi ni Zacharov.
