Физика

Этот сверхпроводник может быть ключом к совершенно другому типу квантового компьютера

Для того, чтобы квантовые вычисления стали полностью реализованными, нам нужно сделать несколько огромных научных шагов, включая поиск сверхпроводника, который может действовать так же, как кремний в современных вычислениях. Команда исследователей считает, что поиск может быть завершен.

Представление составного дителлурида урана (UTe 2 ), которое, как говорится в новом исследовании, может быть использовано для построения логических схем с кубитами - теми сверхмощными квантовыми битами, которые могут находиться в двух состояниях одновременно.

Одна из главных проблем, с которыми в настоящее время сталкиваются квантовые физики, заключается в том, чтобы эти кубиты работали и оставались стабильными достаточно долго, чтобы выполнять с ними какие-то реальные вычисления. Это сложная проблема, известная как квантовая декогеренция.

Что выделяет UTe 2 в качестве сверхпроводника, так это его сильное сопротивление магнитным полям - сопротивление ошибкам, которые в противном случае могли бы попасть в квантовые вычисления.

«Это потенциально кремний эпохи квантовой информации», - говорит физик Ник Бутч из Национального института стандартов и технологий (NIST). «Вы можете использовать дителлурид урана для создания кубитов эффективного квантового компьютера».

Бутч и его коллеги наткнулись на квантово-дружественные свойства UTe 2 при исследовании различных урановых магнитов. Первоначально предполагалось, что UTe 2 может стать магнитным при низких температурах - и хотя этого не произошло, соединение стало сверхпроводником.

Технически дителлурид урана является спиновым триплетом, а не спиновым синглетом, как большинство других сверхпроводников. Это означает, что его куперовские пары - электроны, связанные вместе при низких температурах - могут быть ориентированы по-разному.

Физика может очень быстро усложниться, но важный момент заключается в том, что эти свойства означают, что куперовские пары могут быть выровнены параллельно, а не в оппозиции, и это, в свою очередь, предполагает, что UTe 2 должен сохранять свою сверхпроводимость перед лицом внешних возмущений (угроз). к квантовой согласованности).

«Эти параллельные пары вращения могут помочь компьютеру оставаться работоспособным», - говорит Бутч. «Он не может самопроизвольно потерпеть крах из-за квантовых колебаний».

Одна из причин, по которой квантовые вычисления могут быть головокружительными, заключается в том, что существует несколько возможных подходов, и ученые еще не уверены, какой из них будет работать лучше (или вообще).

Использование UTe 2 таким образом предполагает использование топологического квантового вычислительного подхода, подхода, который до сих пор не исследовался так же, как другие варианты: по сути, он нацелен на кодирование кубитов в виде квазичастицы, которая может фактически не существовать.

Большая часть топологических квантовых вычислений все еще является гипотетической, но ее большое преимущество - если оно действительно работает - заключается в том, что ему не потребуется такой же уровень квантовой коррекции ошибок, чтобы оставаться последовательным и стабильным.

Это может дать нам логические кубиты, которые работают без необходимости использования множества других кубитов только для исправления ошибок. У топологических квантовых вычислений есть свои проблемы, и мы все еще далеки от квантового компьютера общего назначения, но это шаг в правильном направлении - как и многие другие захватывающие достижения, которые мы наблюдаем.

И команда считает, что у дителлурида урана есть еще несколько секретов, которые нужно раскрыть, как в отношении квантовых вычислений, так и сверхпроводников в целом.

«Дальнейшее его изучение может дать нам представление о том, что стабилизирует эти параллельные спиновые сверхпроводники», - говорит Бутч.

«Основная цель исследований сверхпроводников заключается в том, чтобы уметь понять сверхпроводимость достаточно хорошо, чтобы мы знали, где искать неизученные сверхпроводящие материалы».

«Сейчас мы не можем этого сделать. Что с ними важно? Мы надеемся, что этот материал расскажет нам больше».

Исследование было опубликовано в журнале Science.

Подписывайтесь на нас
Back to top button