Rewolucja w obliczeniach kwantowych: Naukowcy odkrywają nowe materiały!

Rewolucja w obliczeniach kwantowych: Naukowcy odkrywają nowe materiały!

W ostatnich latach obliczenia kwantowe stały się jednym z najbardziej obiecujących obszarów badań, które mogą zrewolucjonizować przetwarzanie informacji. Sercem tej technologii są bity kwantowe, zwane także kubitami, które dzięki zdolności do nakładania się mogą przyjmować kilka stanów jednocześnie. Podczas gdy klasyczne komputery przechowują informacje w bitach, które reprezentują jedynie stany 0 lub 1, kubity mogą znajdować się w stanie superpozycji i w ten sposób znacznie zwiększać moc obliczeniową. [uni-kiel.de] podali, że dwa kubity są w stanie jednocześnie reprezentować wszystkie cztery kombinacje (00, 01, 10, 11).

Jednym z kluczowych wyzwań w obliczeniach kwantowych jest dekoherencja – proces wpływający na stabilność superpozycji kwantowych. Prof. dr Nahid Talebi z Uniwersytetu Christiana Albrechta w Kilonii wyjaśnia, że ​​chłodzenie w celu zminimalizowania zakłóceń jest pomocne, ale skomplikowane i kosztowne. Obecne badania koncentrują się na nowych materiałach, które mogą umożliwić stabilne bity kwantowe w wyższych temperaturach.

Sześciokątny azotek boru jako nowy materiał

Nowe badanie opublikowane 8 marca 2025 r. w Nature Communications bada heksagonalny azotek boru (hBN) jako obiecujący materiał do zastosowań w informacji kwantowej. Centra kolorów w azotku boru mogą emitować światło i działać jako kubity. Jednakże spójność tych centrów kolorów jest niestabilna. Artykuł badawczy, złożony 14 stycznia 2025 r. i poprawiony 10 lutego 2025 r., nosi tytuł „Czas dekoherencji spinu stanu podstawowego centrów $V_{B}$ w heksagonalnym azotku boru” i został opracowany przez Fatemeh Tarighi Tabesh i jej współautorów. Wyniki pokazują, że czas koherencji echa Hahna spinu elektronu $V_{B}$ w temperaturze pokojowej wynosi około 30 µs, co stanowi postęp w zrozumieniu dekoherencji defektów w hBN i stanowi podstawę do praktycznych zastosowań w technologiach kwantowych. [arxiv.org]

Innym istotnym aspektem tych badań jest nowa metoda, która umożliwia specyficzne doprowadzenie defektów azotku boru do stanu superpozycji i indywidualne ich odczytanie. W tym przypadku źródło fotonów napędzane elektronami jest wykorzystywane do generowania błysków światła, które wprowadzają defekty w stan superpozycji. Te błyski światła trwają półtora femtosekundy, a więc są wystarczające do osiągnięcia pożądanych stanów superpozycji.

Perspektywy i zastosowania na przyszłość

Potencjał obliczeń kwantowych wykracza daleko poza badania podstawowe. [das-wissen.de] wyjaśnia, że ​​postęp w tej dziedzinie może zapewnić rozwiązania złożonych problemów, które są poza zasięgiem tradycyjnych komputerów. Zastosowania mogą obejmować kryptografię, inżynierię materiałową, farmaceutykę i złożone problemy optymalizacyjne. Kolejną istotną zaletą jest splątanie kwantowe, które umożliwia bitom kwantowym zmianę stanu niezależnie od odległości fizycznej.

Firmy takie jak Google, IBM i Honeywell poczyniły już znaczne postępy, udostępniając komputery kwantowe za pośrednictwem platform chmurowych. Aby jednak w pełni wykorzystać potencjalne korzyści płynące z tej technologii, konieczna jest współpraca interdyscyplinarna oraz inwestycje w badania i rozwój. Wyzwanie polegające na zapewnieniu stabilności kubitów pozostaje kluczową kwestią, która będzie kształtować dalszy rozwój obliczeń kwantowych.