Revolutsioon kvantarvutuses: teadlased avastavad uusi materjale!

Revolutsioon kvantarvutuses: teadlased avastavad uusi materjale!

Viimastel aastatel on kvantandmetöötlus kujunenud üheks kõige lootustandvamaks uurimisvaldkonnaks, mis võib teabetöötlust muuta. Selle tehnoloogia keskmes on kvantbitid, tuntud ka kui kubitid, mis võivad tänu üksteise peale asetumise võimele omandada mitu olekut korraga. Kui klassikalised arvutid salvestavad teavet bittidena, mis esindavad ainult olekuid 0 või 1, siis kubitid võivad olla superpositsioonis ja seega oluliselt suurendada arvutusvõimsust. [uni-kiel.de] teatas, et kaks kubitti on võimelised samaaegselt esindama kõiki nelja kombinatsiooni (00, 01, 10, 11).

Üks peamisi väljakutseid kvantarvutuses on dekoherentsus, protsess, mis mõjutab nende kvantsuperpositsioonide stabiilsust. Prof dr Nahid Talebi Kieli Christian Albrechtsi ülikoolist selgitab, et häirete minimeerimiseks jahutamine on kasulik, kuid keeruline ja kulukas. Praegused uuringud keskenduvad uutele materjalidele, mis võimaldavad stabiilseid kvantbitte kõrgematel temperatuuridel.

Uue materjalina kuusnurkne boornitriid

Uues uuringus, mis avaldati 8. märtsil 2025 ajakirjas Nature Communications, uuritakse kuusnurkset boornitriidi (hBN) kui paljulubavat materjali kvantteabe rakenduste jaoks. Boornitriidi värvikeskused võivad kiirata valgust ja toimida kubitidena. Nende värvikeskuste sidusus on aga ebastabiilne. Uurimistöö, mis esitati 14. jaanuaril 2025 ja muudeti 10. veebruaril 2025, kannab pealkirja „$V_{B}$ tsentrite põhiseisundi keerutamise dekoherentsusaeg kuusnurkses boornitriidis” ning selle autorid on Fatemeh Tarighi Tabesh ja tema kaasautorid. Tulemused näitavad, et $V_{B}$ elektronide spinni Hahni kaja koherentsuse aeg toatemperatuuril on umbes 30 µs, mis kujutab endast edusamme hBN-i defektide dekoherentsi mõistmisel ja loob aluse kvanttehnoloogiate praktilistele rakendustele. [arxiv.org]

Selle uurimistöö teine ​​oluline aspekt on uus meetod, mis võimaldab boornitriidi defekte spetsiifiliselt superpositsiooni olekusse viia ja neid eraldi välja lugeda. Siin kasutatakse elektronide juhitavat footoniallikat valgussähvatuste tekitamiseks, mis toovad defekte superpositsiooni olekusse. Need valgussähvatused kestavad poolteist femtosekundit, nii et neist piisab soovitud superpositsiooni oleku saavutamiseks.

Tulevikuväljavaated ja rakendused

Kvantarvutite potentsiaal ulatub alusuuringutest palju kaugemale. [das-wissen.de] selgitab, et edusammud selles valdkonnas võivad pakkuda lahendusi keerulistele probleemidele, mis ei ole traditsioonilistele arvutitele jõukohased. Rakendused võivad hõlmata krüptograafiat, materjaliteadust, farmaatsiatooteid ja keerulisi optimeerimisprobleeme. Kvantpõimumine, mis võimaldab kvantbittidel olekut muuta sõltumata füüsilisest kaugusest, on veel üks oluline eelis.

Sellised ettevõtted nagu Google, IBM ja Honeywell on juba teinud märkimisväärseid edusamme, muutes kvantarvutid pilveplatvormide kaudu kättesaadavaks. Selle tehnoloogia täieliku potentsiaalse kasu realiseerimiseks on aga vajalik interdistsiplinaarne koostöö ning investeeringud teadus- ja arendustegevusse. Kubittide stabiilsuse tagamise väljakutse on endiselt keskne probleem, mis kujundab kvantarvutuse edasist arengut.