Επανάσταση στους κβαντικούς υπολογιστές: Ερευνητές ανακαλύπτουν νέα υλικά!

Επανάσταση στους κβαντικούς υπολογιστές: Ερευνητές ανακαλύπτουν νέα υλικά!

Τα τελευταία χρόνια, ο κβαντικός υπολογιστής έχει αναδειχθεί ως ένας από τους πιο πολλά υποσχόμενους τομείς έρευνας που θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στην επεξεργασία πληροφοριών. Στην καρδιά αυτής της τεχνολογίας βρίσκονται τα κβαντικά bit, γνωστά και ως qubits, τα οποία μπορούν να λάβουν πολλές καταστάσεις ταυτόχρονα χάρη στην ικανότητά τους να υπερτίθενται. Ενώ οι κλασικοί υπολογιστές αποθηκεύουν πληροφορίες σε bit που αντιπροσωπεύουν μόνο τις καταστάσεις 0 ή 1, τα qubits μπορεί να βρίσκονται σε κατάσταση υπέρθεσης και έτσι να αυξάνουν σημαντικά την υπολογιστική ισχύ. [uni-kiel.de] ανέφερε ότι δύο qubits είναι ικανά να αντιπροσωπεύουν ταυτόχρονα και τους τέσσερις συνδυασμούς (00, 01, 10, 11).

Μία από τις βασικές προκλήσεις στον κβαντικό υπολογισμό είναι η αποσυνοχή, μια διαδικασία που επηρεάζει τη σταθερότητα αυτών των κβαντικών υπερθέσεων. Ο καθηγητής Δρ Nahid Talebi από το Πανεπιστήμιο Christian Albrechts στο Κίελο εξηγεί ότι η ψύξη για την ελαχιστοποίηση των διαταραχών είναι χρήσιμη, αλλά πολύπλοκη και δαπανηρή. Η τρέχουσα έρευνα επικεντρώνεται σε νέα υλικά που μπορούν να ενεργοποιήσουν σταθερά κβαντικά bits σε υψηλότερες θερμοκρασίες.

Εξαγωνικό νιτρίδιο βορίου ως νέο υλικό

Μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στις 8 Μαρτίου 2025 στο Nature Communications διερευνά το εξαγωνικό νιτρίδιο του βορίου (hBN) ως ένα πολλά υποσχόμενο υλικό για εφαρμογές κβαντικών πληροφοριών. Τα χρωματικά κέντρα στο νιτρίδιο του βορίου μπορούν να εκπέμπουν φως και να λειτουργούν ως qubits. Ωστόσο, η συνοχή αυτών των χρωματικών κέντρων είναι ασταθής. Η ερευνητική εργασία, που υποβλήθηκε στις 14 Ιανουαρίου 2025 και αναθεωρήθηκε στις 10 Φεβρουαρίου 2025, έχει τίτλο «Χρόνος αποσυνοχής του σπιν θεμελιώδους κατάστασης των κέντρων $V_{B}$ στο εξαγωνικό νιτρίδιο του βορίου» και συντάχθηκε από την Fatemeh Tarighi Tabesh και τους συν-συγγραφείς της. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο χρόνος συνοχής ηχούς Hahn του σπιν ηλεκτρονίων $V_{B}$ σε θερμοκρασία δωματίου είναι περίπου 30 μs, που αντιπροσωπεύει μια πρόοδο στην κατανόηση της αποσυνοχής των ελαττωμάτων στο hBN και θέτει τη βάση για πρακτικές εφαρμογές στις κβαντικές τεχνολογίες. [arxiv.org]

Μια άλλη σχετική πτυχή αυτής της έρευνας είναι η νέα μέθοδος που καθιστά δυνατή τη συγκεκριμένη μεταφορά ελαττωμάτων στο νιτρίδιο του βορίου σε κατάσταση υπέρθεσης και την ανάγνωσή τους μεμονωμένα. Εδώ, μια πηγή φωτονίων που οδηγείται από ηλεκτρόνια χρησιμοποιείται για να δημιουργήσει λάμψεις φωτός που φέρνουν ελαττώματα στην κατάσταση υπέρθεσης. Αυτές οι λάμψεις φωτός διαρκούν ενάμισι femtosecond, επομένως επαρκούν για την επίτευξη των επιθυμητών καταστάσεων υπέρθεσης.

Μελλοντικές προοπτικές και εφαρμογές

Οι δυνατότητες του κβαντικού υπολογισμού εκτείνονται πολύ πέρα ​​από τη βασική έρευνα. [das-wissen.de] εξηγεί ότι η πρόοδος σε αυτόν τον τομέα μπορεί να δώσει λύσεις σε πολύπλοκα προβλήματα που είναι πέρα ​​από την προσιτότητα των παραδοσιακών υπολογιστών. Οι εφαρμογές θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν κρυπτογραφία, επιστήμη υλικών, φαρμακευτικά προϊόντα και πολύπλοκα προβλήματα βελτιστοποίησης. Η κβαντική εμπλοκή, η οποία επιτρέπει στα κβαντικά bit να αλλάζουν κατάσταση ανεξάρτητα από τη φυσική απόσταση, αντιπροσωπεύει ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα.

Εταιρείες όπως η Google, η IBM και η Honeywell έχουν ήδη σημειώσει σημαντική πρόοδο, καθιστώντας τους κβαντικούς υπολογιστές διαθέσιμους μέσω πλατφορμών cloud. Ωστόσο, για να αξιοποιηθούν πλήρως τα πιθανά οφέλη αυτής της τεχνολογίας, είναι απαραίτητη η διεπιστημονική συνεργασία και οι επενδύσεις στην έρευνα και ανάπτυξη. Η πρόκληση της διασφάλισης της σταθερότητας των qubits παραμένει ένα κεντρικό ζήτημα που θα διαμορφώσει την περαιτέρω ανάπτυξη του κβαντικού υπολογισμού.