Clau per emportar
- Fer ordinadors quàntics pràctics podria dependre de trobar millors maneres d'utilitzar materials superconductors que no tinguin resistència elèctrica.
- Els investigadors del Laboratori Nacional d'Oak Ridge han descobert un mètode per trobar electrons enllaçats amb una precisió extrema.
- Els ordinadors quàntics superconductors superen actualment les tecnologies rivals pel que fa a la mida del processador.
Aviat podrien arribar ordinadors quàntics pràctics amb implicacions profundes per a tot, des del descobriment de fàrmacs fins a la ruptura de codis.
En un pas cap a la construcció de millors màquines quàntiques, els investigadors del Laboratori Nacional d'Oak Ridge van mesurar recentment el corrent elèctric entre una punta metàl·lica atòmicament afilada i un superconductor. Aquest nou mètode pot trobar electrons enllaçats amb una precisió extrema en un moviment que podria ajudar a detectar nous tipus de superconductors, que no tenen resistència elèctrica..
"Els circuits superconductors són els principals líders actuals per construir bits quàntics (qubits) i portes quàntiques al maquinari", va dir Toby Cubitt, director de Phasecraft, una empresa que crea algorismes per a aplicacions quàntiques, a Lifewire en un correu electrònic. entrevista. "Els qubits superconductors són circuits elèctrics d'estat sòlid, que es poden dissenyar amb una gran precisió i flexibilitat."
Acció esgarrifosa
Els ordinadors quàntics aprofiten el fet que els electrons poden s altar d'un sistema a un altre a través de l'espai utilitzant les misterioses propietats de la física quàntica. Si un electró s'aparella amb un altre electró just en el punt on es troben el metall i el superconductor, podria formar el que s'anomena parell de Cooper. El superconductor també allibera un altre tipus de partícula al metall, coneguda com a reflex d'Andreev. Els investigadors van buscar aquestes reflexions d'Andreev per detectar parells de Cooper.
Universitat d'A alto / Jose Lado
Els científics d'Oak Ridge van mesurar el corrent elèctric entre una punta metàl·lica atòmicament afilada i un superconductor. Aquest enfocament els permet detectar la quantitat de reflex d'Andreev que torna al superconductor.
Aquesta tècnica estableix una nova metodologia crítica per entendre l'estructura quàntica interna de tipus exòtics de superconductors coneguts com a superconductors no convencionals, la qual cosa ens permetrà abordar una varietat de problemes oberts en materials quàntics, Jose Lado, professor assistent de La Universitat A alto, que va donar suport teòric a la investigació, va dir en un comunicat de premsa.
Igor Zacharov, científic d'investigació sènior del Laboratori de Processament d'Informació Quàntica de Skoltech a Moscou, va dir a Lifewire per correu electrònic que un superconductor és un estat de la matèria en què els electrons no perden energia en dispersar-se pels nuclis quan realitzen el el corrent elèctric i el corrent elèctric poden fluir sense interrupcions.
"Si bé els electrons o els nuclis tenen estats quàntics que es poden explotar per a la computació, el corrent superconductor es comporta com una unitat macroquàntica amb propietats quàntiques", va afegir. "Per tant, recuperem la situació en què un macroestat de la matèria es pot utilitzar per organitzar el processament de la informació mentre té efectes manifestament quàntics que li poden donar un avantatge computacional."
Un dels majors reptes de la informàtica quàntica actual es relaciona amb com podem fer que els superconductors funcionin encara millor.
El futur superconductor
Els ordinadors quàntics superconductors actualment superen les tecnologies rivals pel que fa a la mida del processador, va dir Cubitt. Google va demostrar l'anomenada "supremacia quàntica" en un dispositiu superconductor de 53 qubits el 2019. IBM va llançar recentment un ordinador quàntic amb 127 qubits superconductors, i Rigetti ha anunciat un xip superconductor de 80 qubits.
"Totes les empreses de maquinari quàntic tenen fulls de ruta ambiciosos per escalar els seus ordinadors en un futur proper", va afegir Cubitt. "Això ha estat impulsat per una sèrie d'avenços en enginyeria, que han permès el desenvolupament de dissenys i optimització de qubits més sofisticats. El repte més gran d'aquesta tecnologia en particular és millorar la qualitat de les portes, és a dir, millorar la precisió amb què el processador pot manipular la informació i executar un càlcul."
Uns millors superconductors poden ser clau per fer ordinadors quàntics pràctics. Michael Biercuk, director general de l'empresa de computació quàntica Q-CTRL, va dir en una entrevista per correu electrònic que la majoria dels sistemes de computació quàntica actuals utilitzen aliatges de niobi i alumini, en els quals es va descobrir la superconductivitat als anys 50 i 60.
"Un dels majors reptes de la informàtica quàntica actual es relaciona amb com podem fer que els superconductors funcionin encara millor", va afegir Biercuk. "Per exemple, les impureses en la composició química o l'estructura dels metalls dipositats poden causar fonts de soroll i degradació del rendiment en els ordinadors quàntics; això condueix a processos coneguts com a decoherència en què es perd la" quànticitat "del sistema."
La informàtica quàntica requereix un delicat equilibri entre la qualitat d'un qubit i el nombre de qubits, va explicar Zacharov. Cada vegada que un qubit interactua amb l'entorn, com ara la recepció de senyals per a la "programació", podria perdre el seu estat entrellat.
"Tot i que veiem petits avenços en cadascuna de les direccions tecnològiques indicades, la combinació d'ells en un bon dispositiu de treball encara és esquiva", va afegir.
El "Sant Grial" de la informàtica quàntica és un dispositiu amb centenars de qubits i baixes taxes d'error. Els científics no es poden posar d'acord sobre com aconseguiran aquest objectiu, però una possible resposta és utilitzar superconductors.
"El nombre creixent de qubits en un dispositiu superconductor de silici posa l'accent en la necessitat de màquines de refrigeració gegants que puguin conduir grans volums operatius prop de la temperatura zero absoluta", va dir Zacharov..
