Forradalom a kvantumszámítástechnikában: A kutatók új anyagokat fedeznek fel!

Forradalom a kvantumszámítástechnikában: A kutatók új anyagokat fedeznek fel!

Az elmúlt években a kvantumszámítás az egyik legígéretesebb kutatási területté vált, amely forradalmasíthatja az információfeldolgozást. Ennek a technológiának a középpontjában a kvantumbitek, más néven qubitek állnak, amelyek szuperponálási képességüknek köszönhetően egyszerre több állapotot is felvehetnek. Míg a klasszikus számítógépek olyan bitekben tárolják az információkat, amelyek csak 0 vagy 1 állapotot képviselnek, a qubitek szuperpozíciós állapotban lehetnek, és így jelentősen megnövelik a számítási teljesítményt. [uni-kiel.de] beszámolt arról, hogy két qubit egyszerre képes mind a négy kombinációt (00, 01, 10, 11) reprezentálni.

A kvantumszámítástechnika egyik legfontosabb kihívása a dekoherencia, egy olyan folyamat, amely befolyásolja ezeknek a kvantum-szuperpozícióknak a stabilitását. Prof. Dr. Nahid Talebi, a kieli Christian Albrechts Egyetemről elmagyarázza, hogy a hűtés a zavarok minimalizálása érdekében hasznos, de bonyolult és költséges. A jelenlegi kutatás olyan új anyagokra összpontosít, amelyek stabil kvantumbiteket tesznek lehetővé magasabb hőmérsékleten.

Új anyagként hatszögletű bór-nitrid

Egy új tanulmány, amelyet 2025. március 8-án tettek közzé a Nature Communications-ben, a hatszögletű bór-nitridet (hBN) vizsgálja, mint ígéretes anyagot a kvantuminformációs alkalmazásokhoz. A bór-nitridben lévő színközpontok fényt bocsáthatnak ki, és kubitként működhetnek. Ezeknek a színközpontoknak a koherenciája azonban instabil. A 2025. január 14-én benyújtott és 2025. február 10-én felülvizsgált kutatási cikk „A $V_{B}$ központok alapállapotú spinjének dekoherencia ideje hatszögletű bór-nitridben” címet viseli, és Fatemeh Tarighi Tabesh és társszerzői írták. Az eredmények azt mutatják, hogy a $V_{B}$ elektronspin Hahn-visszhangkoherenciája szobahőmérsékleten körülbelül 30 µs, ami előrelépést jelent a hBN hibáinak dekoherenciájának megértésében, és megalapozza a kvantumtechnológiák gyakorlati alkalmazását. [arxiv.org]

A kutatás másik lényeges aspektusa az új módszer, amely lehetővé teszi a bór-nitrid hibáinak specifikusan szuperpozíciós állapotba hozását és egyenkénti kiolvasását. Itt egy elektronvezérelt fotonforrást használnak fényvillanások generálására, amelyek hibákat hoznak a szuperpozíciós állapotba. Ezek a fényvillanások másfél femtomásodpercig tartanak, tehát elegendőek a kívánt szuperpozíciós állapotok eléréséhez.

Jövőbeli kilátások és alkalmazások

A kvantumszámításban rejlő lehetőségek messze túlmutatnak az alapkutatásokon. [das-wissen.de] kifejti, hogy az ezen a területen elért előrelépések megoldást kínálhatnak olyan összetett problémákra, amelyek a hagyományos számítógépek számára elérhetetlenek. Az alkalmazások közé tartozhat a kriptográfia, az anyagtudomány, a gyógyszeripar és az összetett optimalizálási problémák. A kvantum-összefonódás, amely lehetővé teszi a kvantumbitek állapotának megváltoztatását a fizikai távolságtól függetlenül, további jelentős előnyt jelent.

Az olyan cégek, mint a Google, az IBM és a Honeywell már jelentős előrelépést tettek, és felhőplatformokon keresztül elérhetővé tették a kvantumszámítógépeket. Ennek a technológiának a teljes potenciális előnyeinek kihasználásához azonban interdiszciplináris együttműködésre, valamint a kutatásba és fejlesztésbe való befektetésre van szükség. A qubitek stabilitásának biztosításának kihívása továbbra is központi kérdés, amely meghatározza a kvantumszámítástechnika további fejlődését.