Izrāviens Ķelnē: supravadoši nanovadi veicina kvantu datorus!

Izrāviens Ķelnē: supravadoši nanovadi veicina kvantu datorus!

Ķelnes Universitātes fiziķi ir panākuši ievērojamu progresu kvantu skaitļošanas tehnoloģiju jomā. Viņi atklāja supravadīšanas efektu nanovados, kas izgatavoti no topoloģiskiem izolatoriem. Šie rezultāti tika publicēti žurnālā "Nature Physics", un tie ir svarīgs solis stabilāku kvantu bitu (kubitu) izstrādē. Pētījuma nosaukums ir “Andrejeva liela attāluma atstarojums topoloģiskajos izolatora nanovados, ko tuvina supravadītājs”, ziņo [uni-koeln.de].

Izšķirošā Crossed Andreev Reflection (CAR) noteikšana nanovados varētu likt pamatu nākotnes kvantu datoriem. Šis atspulgs ir kvantu efekts, kurā nanovados ievadītie elektroni savienojas ar citiem elektroniem, veidojot supravadošus Kūpera pārus. Šajā pētījumā tika izstrādāta novatoriska pieeja nanovadu izgatavošanai, kas rada tīrākas struktūras, kas ir ļoti svarīgas supravadīšanas korelāciju izraisīšanai topoloģiskajos izolatoros.

Galvenie rezultāti un turpmākie soļi

Dr. Junya Feng un profesora Dr. Joiči Ando vadībā veiktie pētījumi liecina par daudzsološu Majorana fermionu izmantošanas perspektīvu, lai izstrādātu izturīgus kvantu bitus. Pašreizējās kubitu tehnoloģijas bieži ir nestabilas un ar kļūdām pakļautas, taču spēja radīt īpašus kvantu stāvokļus varētu ieviest paradigmas maiņu kvantu skaitļošanas tehnoloģijā. Nākamais pētnieku solis ir novērot un kontrolēt Majorana fermionus šajās sistēmās.

Izšķiroša nozīme ir sadarbībai ar Bāzeles Universitāti un izcilības kopu “Materija un gaisma kvantu informācijai” (ML4Q). ML4Q tika dibināts 2019. gadā un apvieno zinātniekus no Ķelnes, Āhenes, Bonnas universitātēm un Jūlichas pētniecības centra. Konsorcija galvenais mērķis ir pētījumi kvantu skaitļošanas jomā un jaunas kvantu aparatūras un programmatūras izstrāde.

Topoloģiskie izolatori un to nozīme

Topoloģiskajiem izolatoriem (TI) ir galvenā loma kvantu skaitļošanas tehnoloģijā. Tie ir paredzēti kā pamats stabilu kubitu būvniecībai, jo īpaši izmantojot Majorana fermionus. Šīs īpašās daļiņas varētu parādīties topoloģijās, kas rada vielu ar topoloģisko supravadītspēju. Saskaņā ar [pubmed.ncbi.nlm.nih.gov], parasto metāla / feromagnētiskā izolatora / supravadītāja savienojumu transportēšanas īpašību izpēte parāda, ka rodas hirāli Majorana režīmi, kurus var spēcīgi ietekmēt magnetizācijas virziens.

Šiem atklājumiem ir ne tikai praktisks pielietojums, bet arī dziļāka teorētiskā ietekme uz kvantu mehānikas pamatiem. Spēja radīt un kontrolēt jaunas matērijas fāzes varētu nodrošināt revolucionārus sasniegumus kvantu skaitļošanā.

Nesens Majorana fermionu un topoloģisko izolatoru praktisko pielietojumu piemērs ir Microsoft paziņojums par Majorana 1, pasaulē pirmo kvantu procesoru, kura pamatā ir topoloģiskā kodola arhitektūra. Saskaņā ar [azure.microsoft.com], Majorana 1 ir izstrādāta tā, lai to varētu mērogot līdz pat miljonam kubitu vienā mikroshēmā. Šī tehnoloģija varētu novest pie tā, ka nākamajos gados kvantu datori kļūs par standarta rīku materiālu zinātnē, lauksaimniecībā un ķīmiskajā izpētē.

Pašreizējie sasniegumi kvantu skaitļošanā varētu mainīt veidu, kā mēs apstrādājam informāciju, un būtiski ietekmēt daudzas zinātnes jomas. Tāpēc ceļu uz nākamās paaudzes kvantu datoru attīstību izšķirīgi veidos tādi rezultāti kā Ķelnes Universitātes rezultāti.