Квантов бит от високотемпературен свръхпроводник - Spotfolio GmbH; Ко
Изследователите предлагат материали за мощни и компактни квантови компютри
Юлих, февруари 2020 г. Всъщност те имаха различна цел, но учени от Юлих, Мюнстер и Москва намериха начин квантовите компютри да проправят пътя на специализираните лаборатории към по-широко разпространение. Ключът към това е материал за кубити, който не трябва да се охлажда до абсолютна нула.
В бъдеще квантовите компютри трябва да могат да решават определени изчисления много по-бързо от най-бързите суперкомпютри в света. Това може да бъде полезно за широк спектър от въпроси, от оптимизиран контрол на трафика и проектиране на по-ефективни материали до изследвания на наркотици за нови лекарства. В момента обаче квантовите компютри се предлагат само като прототипи в лабораторията или за специални приложения.
Паралелно се следват различни технологични стратегии за реализирането на по-мощни квантови компютри. Кубитите, битовете на квантовите компютри, могат да се състоят от уловени йони или свръхпроводящи вериги. И в двата случая са необходими сложни охладителни системи, които довеждат кубитите до температури около -273 ° C, което съответства на малко повече от 0 Келвина. Те са толкова скъпи като семеен дом и заемат повече място, отколкото голям хладилник.
Изследователи от Юлих, Мюнстер и Москва сега са установили, че свръхпроводящите кубити могат да бъдат направени не само от обичайните нискотемпературни свръхпроводници, но и от високотемпературни свръхпроводници, което означава, че много по-евтината технология за охлаждане с размера на малък куфар би била достатъчна. Също така трябва да е възможно да се побере по-голям брой такива кубити на чип от преди и изчислителната скорост, която може да бъде постигната, трябва да се увеличи с порядъци. Последното се дължи, наред с други неща, на по-дългия живот на възбуденото състояние от поне 20 милисекунди при 5 Келвина.
Изследователите около проф. Рафал Дунин-Борковски, директор в институтите Юлих Ернст Руска-Центрум и Института Петер Грюнберг, и юни-проф. Д-р Карстен Шук от университета в Мюнстер относно компонентите за единични фотонни детектори, за които по-ниското охлаждане трябва да е достатъчно. Такива детектори са необходими за криптиране на данни с помощта на квантова криптография. Работната група на Schuck има богат опит в разработването на единични фотонни детектори, базирани на нискотемпературни свръхпроводници.
Основата на новия детектор трябва да бъде нанопровод, направен от итрий-барий-меден оксид (YBCO), материал, който е свръхпроводящ дори под сравнително топло -181,15 ° C. Jülich има дългогодишен опит в производството на висококачествени тънки филми от този високотемпературен свръхпроводник и разполага с уникални устройства и методи, някои от които са разработени вътрешно. Изследователите в Jülich изрязват необходимите проводници във форма от тънките слоеве с помощта на фокусиран йонен лъч.
„Експериментирахме с наножици с различна ширина, оставихме фотоните да ги ударят и измерихме съпротивлението, което това създава в свръхпроводника“, съобщава физикът д-р. Матвей Ляти, който първоначално проучва проекта в Мюнстер, а по-късно в Юлих. Откриването на фотони се основава на този принцип. "Но резултатите при ширина под 100 нанометра не отговаряха на нашите очаквания."
Както се оказа, квантовите ефекти се появяват при 12-13 Келвин: Свръхпроводящата нанопровод поема само избрани енергийни състояния. Те могат да се използват за кодиране на информация. При конвенционалните квантови битове се изискват няколкостотин пъти по-ниски температури, които са много по-трудни за постигане.
„Резултатите ни бяха толкова изненадващи, че ние сами не можехме да повярваме“, спомня си физиците от Юлих д-р. Ирина Гундарева. Но измерванията в крайна сметка убедиха първоначално скептичните рецензенти в публикуването на резултатите в Nature Communications.
Изследователите ще продължат работата си върху нанопроводите YBCO и планират да разработят базирани на нанопровод свръхпроводими квантови вериги през следващите години с крайната цел да направят възможен компактен настолен квантов компютър. Освен това те преследват целта си за нови свръхпроводими единични фотонни детектори, които могат да се охлаждат от компактни криоохладители. Също така беше установено, че изследваните наножили YBCO са подходящи за тази цел и показват значителни предимства пред съществуващата технология по отношение на необходимата температура на охлаждане и разделителната способност във времето.
Допълнителна информация: https://www.fz-juelich.de/