Proveržis Kelne: Superlaidžiai nanolaidai skatina kvantinius kompiuterius!

Proveržis Kelne: Superlaidžiai nanolaidai skatina kvantinius kompiuterius!

Kelno universiteto fizikai padarė didelę pažangą kvantinės skaičiavimo technologijos srityje. Jie atrado superlaidumo efektą nanolaideliuose, pagamintuose iš topologinių izoliatorių. Šie rezultatai buvo paskelbti žurnale „Nature Physics“ ir yra svarbus žingsnis kuriant stabilesnius kvantinius bitus (kubitus). Kaip praneša [uni-koeln.de], tyrimas pavadintas „Ilgamojo nuotolio kryžminio Andrejevo atspindys topologiniuose izoliatoriaus nanolaiduose, kuriuos riboja superlaidininkas“.

Esminis Crossed Andreev Reflection (CAR) aptikimas nanolaideliuose galėtų padėti pamatą būsimiems kvantiniams kompiuteriams. Šis atspindys yra kvantinis efektas, kai į nanolaidelius įšvirkšti elektronai susijungia su kitais elektronais, sudarydami superlaidžias Cooper poras. Šiame tyrime buvo sukurtas naujoviškas nanolaidų gamybos metodas, leidžiantis sukurti švaresnes struktūras, kurios yra labai svarbios superlaidžioms koreliacijoms topologiniuose izoliatoriuose sukelti.

Pagrindiniai rezultatai ir ateities žingsniai

Vadovaujant dr. Junya Feng ir profesoriaus dr. Yoichi Ando tyrimai rodo daug žadančią Majorana fermionų naudojimo perspektyvą kuriant tvirtus kvantinius bitus. Dabartinės kubito technologijos dažnai yra nestabilios ir linkusios į klaidas, tačiau galimybė sukurti specialias kvantines būsenas gali paskatinti kvantinio skaičiavimo technologijos paradigmos pasikeitimą. Kitas mokslininkų žingsnis yra stebėti ir kontroliuoti Majorana fermionus šiose sistemose.

Bendradarbiavimas su Bazelio universitetu ir kompetencijos grupe „Kvantinės informacijos medžiaga ir šviesa“ (ML4Q) yra labai svarbus. ML4Q buvo įkurta 2019 m. ir vienija mokslininkus iš Kelno, Acheno, Bonos universitetų ir Jülich tyrimų centro. Pagrindinis konsorciumo tikslas – moksliniai tyrimai kvantinės kompiuterijos srityje ir naujos kvantinės aparatinės ir programinės įrangos kūrimas.

Topologiniai izoliatoriai ir jų reikšmė

Topologiniai izoliatoriai (TI) atlieka pagrindinį vaidmenį kvantinio skaičiavimo technologijoje. Jie skirti kaip stabilių kubitų kūrimo pagrindas, ypač generuojant Majoranos fermionus. Šios specialios dalelės gali atsirasti topologijose, kurios gamina medžiagą su topologiniu superlaidumu. Pasak [pubmed.ncbi.nlm.nih.gov], įprastų metalo / feromagnetinio izoliatoriaus / superlaidininko jungčių transportavimo savybių tyrimas rodo, kad atsiranda chiraliniai Majorana režimai, kuriuos gali stipriai paveikti įmagnetinimo kryptis.

Šie atradimai turi ne tik praktinį pritaikymą, bet ir gilesnę teorinę reikšmę kvantinės mechanikos pagrindams. Galimybė kurti ir valdyti naujas materijos fazes gali padėti pasiekti novatorišką kvantinio skaičiavimo pažangą.

Naujausias Majorana fermionų ir topologinių izoliatorių praktinio pritaikymo pavyzdys yra „Microsoft“ pranešimas apie Majorana 1 – pirmąjį pasaulyje kvantinį procesorių, pagrįstą topologine pagrindine architektūra. Pasak [azure.microsoft.com], Majorana 1 sukurta taip, kad viename luste būtų galima keisti iki milijono kubitų. Dėl šios technologijos ateinančiais metais kvantiniai kompiuteriai gali tapti standartine medžiagų mokslo, žemės ūkio ir cheminių medžiagų atradimų priemone.

Dabartinė kvantinio skaičiavimo pažanga gali pakeisti informacijos apdorojimo būdą ir turėti didelį poveikį daugeliui mokslo sričių. Todėl naujos kartos kvantinių kompiuterių kūrimo kelią lems tokie rezultatai, kaip Kelno universiteto rezultatai.