Kvantinio skaičiavimo revoliucija: mokslininkai atranda naujų medžiagų!

Kvantinio skaičiavimo revoliucija: mokslininkai atranda naujų medžiagų!

Pastaraisiais metais kvantinė kompiuterija tapo viena iš perspektyviausių tyrimų sričių, galinčių pakeisti informacijos apdorojimą. Šios technologijos esmė yra kvantiniai bitai, taip pat žinomi kaip kubitai, kurie dėl savo gebėjimo susidėti gali vienu metu turėti kelias būsenas. Nors klasikiniai kompiuteriai saugo informaciją bitais, kurie reiškia tik būsenas 0 arba 1, kubitai gali būti superpozicijos būsenoje ir taip žymiai padidinti skaičiavimo galią. [uni-kiel.de] pranešė, kad du kubitai gali vienu metu vaizduoti visas keturias kombinacijas (00, 01, 10, 11).

Vienas iš pagrindinių kvantinio skaičiavimo iššūkių yra dekoherencija – procesas, turintis įtakos šių kvantinių superpozicijų stabilumui. Prof. daktaras Nahidas Talebi iš Kylio krikščionių Albrechtso universiteto paaiškina, kad vėsinimas siekiant sumažinti trikdžius yra naudingas, tačiau sudėtingas ir brangus. Dabartiniai tyrimai yra skirti naujoms medžiagoms, kurios gali užtikrinti stabilius kvantinius bitus aukštesnėje temperatūroje.

Šešiakampis boro nitridas kaip nauja medžiaga

Naujame tyrime, paskelbtame 2025 m. kovo 8 d. „Nature Communications“, šešiakampis boro nitridas (hBN) yra perspektyvi medžiaga kvantinės informacijos taikymams. Boro nitrido spalvų centrai gali skleisti šviesą ir veikti kaip kubitai. Tačiau šių spalvų centrų darna yra nestabili. Tyrimo straipsnis, pateiktas 2025 m. sausio 14 d. ir peržiūrėtas 2025 m. vasario 10 d., pavadintas „$V_{B}$ centrų šešiakampio boro nitrido pagrindinės būsenos sukimosi dekoherencinės laikas“ ir jį parašė Fatemeh Tarighi Tabesh ir jos bendraautoriai. Rezultatai rodo, kad $V_{B}$ elektronų sukimosi Hahno aido koherencijos laikas kambario temperatūroje yra apie 30 µs, o tai rodo pažangą suprantant hBN defektų dekoherentiškumą ir sudaro pagrindą praktiniam pritaikymui kvantinėse technologijose. [arxiv.org]

Kitas svarbus šio tyrimo aspektas yra naujas metodas, leidžiantis specialiai perkelti boro nitrido defektus į superpozicijos būseną ir nuskaityti juos atskirai. Čia elektronų valdomas fotonų šaltinis naudojamas šviesos blyksniams generuoti, kurie sukelia superpozicijos būsenos defektus. Šie šviesos blyksniai trunka pusantros femtosekundės, todėl jų pakanka norimoms superpozicijos būsenoms pasiekti.

Ateities perspektyvos ir pritaikymai

Kvantinio skaičiavimo potencialas yra daug platesnis nei pagrindiniai tyrimai. [das-wissen.de] paaiškina, kad pažanga šioje srityje gali padėti išspręsti sudėtingas problemas, kurių tradiciniai kompiuteriai negali pasiekti. Taikymas gali apimti kriptografiją, medžiagų mokslą, vaistus ir sudėtingas optimizavimo problemas. Kvantinis įsipainiojimas, leidžiantis kvantiniams bitams keisti būseną, nepaisant fizinio atstumo, yra dar vienas reikšmingas pranašumas.

Tokios įmonės kaip „Google“, IBM ir „Honeywell“ jau padarė didelę pažangą, paversdamos kvantinius kompiuterius prieinamus per debesų platformas. Tačiau norint išnaudoti visą galimą šios technologijos naudą, būtinas tarpdisciplininis bendradarbiavimas ir investicijos į mokslinius tyrimus ir plėtrą. Iššūkis užtikrinti kubitų stabilumą išlieka pagrindine problema, kuri nulems tolesnę kvantinio skaičiavimo plėtrą.