موارد مهم
- ساخت رایانه‌های کوانتومی عملی می‌تواند به یافتن راه‌های بهتری برای استفاده از مواد ابررسانا که مقاومت الکتریکی ندارند وابسته باشد.
- محققان آزمایشگاه ملی اوک ریج روشی را برای یافتن الکترون های مرتبط با دقت بسیار بالا کشف کرده اند.
- کامپیوترهای کوانتومی ابررسانا در حال حاضر از نظر اندازه پردازنده فناوری‌های رقیب را شکست می‌دهند.
کامپیوترهای کوانتومی عملی می توانند به زودی با پیامدهای عمیق برای همه چیز از کشف دارو گرفته تا شکستن رمز وارد شوند.
در گامی به سوی ساخت ماشین‌های کوانتومی بهتر، محققان آزمایشگاه ملی Oak Ridge اخیراً جریان الکتریکی بین یک نوک فلزی تیز اتمی و یک ابررسانا را اندازه‌گیری کردند. این روش جدید می‌تواند الکترون‌های متصل را با دقت بسیار بالا در حرکتی که می‌تواند به شناسایی انواع جدیدی از ابررساناها که مقاومت الکتریکی ندارند، بیابد.
توبی کوبیت، مدیر Phasecraft، شرکتی که الگوریتم‌هایی برای کاربردهای کوانتومی می‌سازد، در ایمیلی به Lifewire گفت: «مدارهای ابررسانا پیشتاز فعلی برای ساخت بیت‌های کوانتومی (کیوبیت) و دروازه‌های کوانتومی در سخت‌افزار هستند. مصاحبه. کیوبیت‌های ابررسانا مدارهای الکتریکی حالت جامد هستند که می‌توانند با دقت و انعطاف‌پذیری بالا طراحی شوند.»
اکشن شبح آور
رایانه‌های کوانتومی از این واقعیت بهره می‌برند که الکترون‌ها می‌توانند با استفاده از ویژگی‌های اسرارآمیز فیزیک کوانتومی از یک سیستم به سیستم دیگر در فضا بپرند.اگر یک الکترون با الکترون دیگری درست در نقطه‌ای که فلز و ابررسانا به هم می‌رسند جفت شود، می‌تواند جفت کوپر را تشکیل دهد. این ابررسانا همچنین نوع دیگری از ذره را در فلز آزاد می کند که به بازتاب آندریف معروف است. محققان به دنبال این بازتاب‌های آندریف برای شناسایی جفت‌های کوپر بودند.
دانشگاه آلتو / خوزه لادو
دانشمندان Oak Ridge جریان الکتریکی بین یک نوک فلزی تیز اتمی و یک ابررسانا را اندازه‌گیری کردند. این رویکرد به آنها امکان می‌دهد میزان بازتاب آندریف را که به ابررسانا باز می‌گردد، تشخیص دهند.
خوزه لادو، استادیار دانشگاه، این روش روشی جدید و حیاتی را برای درک ساختار کوانتومی داخلی انواع ابررساناهای عجیب و غریب که به عنوان ابررساناهای غیر متعارف شناخته می شوند، ایجاد می کند و به طور بالقوه به ما امکان می دهد با انواع مشکلات باز در مواد کوانتومی مقابله کنیم. دانشگاه آلتو که حمایت نظری از این تحقیق ارائه کرده است، در یک بیانیه خبری گفت.
ایگور زاچاروف، دانشمند تحقیقاتی ارشد در آزمایشگاه پردازش اطلاعات کوانتومی، اسکلتک در مسکو، از طریق ایمیل به Lifewire گفت که ابررسانا حالتی از ماده است که در آن الکترون‌ها با پراکندگی روی هسته‌ها انرژی خود را هنگام انجام دادن انرژی از دست نمی‌دهند. جریان الکتریکی و جریان الکتریکی می توانند بدون وقفه جریان داشته باشند.
او افزود: «در حالی که الکترون‌ها یا هسته‌ها حالت‌های کوانتومی دارند که می‌توان از آنها برای محاسبه بهره‌برداری کرد، جریان ابررسانا به‌عنوان یک واحد کوانتومی کلان با ویژگی‌های کوانتومی رفتار می‌کند. "بنابراین، ما وضعیتی را بازیابی می کنیم که در آن یک حالت کلان ماده ممکن است برای سازماندهی پردازش اطلاعات استفاده شود، در حالی که اثرات کوانتومی آشکاری دارد که ممکن است به آن مزیت محاسباتی بدهد."
یکی از بزرگترین چالش‌ها در محاسبات کوانتومی امروز مربوط به نحوه عملکرد بهتر ابررساناها است.
آینده ابررسانا
کوبیت گفت: کامپیوترهای کوانتومی ابررسانا در حال حاضر از نظر اندازه پردازنده فناوری های رقیب را شکست می دهند.گوگل در سال 2019 به اصطلاح "برتری کوانتومی" را روی یک دستگاه ابررسانا 53 کیوبیتی نشان داد. IBM اخیرا یک کامپیوتر کوانتومی با 127 کیوبیت ابررسانا راه اندازی کرده است و ریگتی یک تراشه ابررسانا 80 کیوبیتی را معرفی کرده است.
«همه شرکت‌های سخت‌افزار کوانتومی نقشه‌های راه بلندپروازانه‌ای برای مقیاس‌پذیری رایانه‌های خود در آینده نزدیک دارند،» Cubitt افزود. "این توسط طیف وسیعی از پیشرفت‌ها در مهندسی انجام شده است، که توسعه طرح‌های کیوبیتی پیچیده‌تر و بهینه‌سازی را امکان‌پذیر کرده است. بزرگترین چالش برای این فناوری خاص، بهبود کیفیت دروازه‌ها است، به عنوان مثال، بهبود دقت پردازشگر می تواند اطلاعات را دستکاری کرده و یک محاسبات را اجرا کند."
ابررساناهای بهتر ممکن است کلید ساخت کامپیوترهای کوانتومی عملی باشند. Michael Biercuk، مدیر عامل شرکت محاسبات کوانتومی Q-CTRL، در یک مصاحبه ایمیلی گفت که اکثر سیستم‌های محاسباتی کوانتومی فعلی از آلیاژهای نیوبیوم و آلومینیوم استفاده می‌کنند که در دهه‌های 1950 و 1960 ابررسانایی در آنها کشف شد.
"یکی از بزرگترین چالش‌های محاسبات کوانتومی امروزه به این موضوع مربوط می‌شود که چگونه می‌توانیم ابررساناها را حتی بهتر عمل کنیم." به عنوان مثال، ناخالصی‌های موجود در ترکیب شیمیایی یا ساختار فلزات رسوب‌شده می‌تواند باعث ایجاد منابع نویز و کاهش عملکرد در رایانه‌های کوانتومی شود - اینها منجر به فرآیندهایی به نام decoherence می‌شوند که در آن «کوانتومی» سیستم از بین می‌رود.»
زاخاروف توضیح داد:محاسبات کوانتومی به تعادل ظریفی بین کیفیت یک کیوبیت و تعداد کیوبیت ها نیاز دارد. هر بار که یک کیوبیت با محیط تعامل می کند، مانند دریافت سیگنال برای «برنامه نویسی»، ممکن است حالت درهم تنیده خود را از دست بدهد.
«در حالی که ما شاهد پیشرفت‌های کوچک در هر یک از جهت‌های فن‌آوری مشخص شده هستیم، ترکیب آنها در یک دستگاه کار خوب هنوز گریزان است.»
"جام مقدس" محاسبات کوانتومی دستگاهی با صدها کیوبیت و نرخ خطای پایین است. دانشمندان نمی توانند در مورد چگونگی دستیابی به این هدف به توافق برسند، اما یک پاسخ ممکن استفاده از ابررساناها است.
زاخاروف گفت: "تعداد فزاینده کیوبیت‌ها در یک دستگاه ابررسانای سیلیکونی بر نیاز به ماشین‌های خنک‌کننده غول‌پیکری تاکید می‌کند که می‌توانند حجم عملیاتی بزرگی را نزدیک به دمای صفر مطلق هدایت کنند".
