Дослідники виявили матеріал для квантового комп'ютера
Квантові комп'ютери, здатні виконувати складні обчислення і більш надійно шифрувати дані, незабаром можуть бути створені завдяки новому відкриттю дослідників з університету Джона Хопкінса.
«Ми виявили, що певний надпровідний матеріал має особливі властивості, які можуть стати будівельними блоками для технології майбутнього», - говорить Юфан Лі, науковий співробітник факультету фізики і астрономії в Університеті Джона Хопкінса і перший автор статті. Отримані результати опубліковані в журналі Science.
Сучасні комп'ютери використовують біти, представлені електричною напругою або імпульсом струму, для зберігання інформації. Біти існують у двох станах: «0» або «1». Квантові комп'ютери, засновані на законах квантової механіки, використовують квантові біти або кубіти, які використовують не тільки два стани, а й суперпозицію двох станів.
Ця здатність використовувати такі кубіти робить квантові комп'ютери набагато більш потужними, ніж існуючі комп'ютери, при вирішенні певних типів завдань, таких як проблеми, пов'язані зі штучним інтелектом, розробкою ліків, криптографією, фінансовим моделюванням і прогнозуванням погоди.
Відомим прикладом кубіту є кіт Шредінгера - гіпотетичний кіт, який може бути одночасно і живим і мертвим.
«Більш реалістичною, відчутною реалізацією кубіту може бути кільце з надпровідного матеріалу, відомого як магнітний кубіт, в якому одночасно можуть існувати два стани з електричними струмами, що протікають по годинниковій стрілці і проти годинникової стрілки», - говорить Чіа-Лін Чієн, професор фізики в Університет Джона Хопкінса і співавтор статті. Щоб існувати між двома станами, кубіти, які використовують традиційні надпровідники, вимагають, щоб на кожному кубіті було додано дуже точне зовнішнє магнітне поле, що ускладнює їх практичну роботу.
У новому дослідженні вчені виявили, що кільце β-Bi2Pd вже природним чином існує між двома станами за відсутності зовнішнього магнітного поля. Струм може за своєю природою циркулювати як за годинниковою стрілкою, так і проти годинникової стрілки, одночасно через кільце β-Bi2Pd.
"Кільце β-Bi2Pd вже існує в ідеальному стані і не вимагає будь-яких додаткових модифікацій для роботи. Це може змінити гру "- кажуть дослідники.
Наступним кроком є пошук майоранівських ферміонів у β-Bi2Pd; Майоранівські ферміони - це частинки, які також є античастинками самі до себе і необхідні для наступного рівня стійких до руйнування квантових комп'ютерів: топологічних квантових комп'ютерів.
Майоранівські ферміони залежать від особливого типу надпровідного матеріалу - так званого спин-триплетного надпровідника з двома електронами в кожній парі, що вирівнює свої спини паралельно, - який досі був важкодосяжним для вчених. Тепер, завдяки серії експериментів, Лі та його колеги виявили, що тонкі плівки β-Bi2Pd володіють особливими властивостями, необхідними для майбутнього квантових обчислень.
Вченим ще належить відкрити власний спін-триплетний надпровідник, необхідний для розвитку квантових обчислень, але вони сподіваються, що відкриття спеціальних властивостей β-Bi2Pd призведе до знаходження в матеріалі майоранівських ферміонів.
«Зрештою, мета полягає в тому, щоб знайти і потім маніпулювати майоранівськими ферміонами, що є ключем до створення відмовостійких квантових обчислень для дійсного розкриття сили квантової механіки», - говорить Юфан Лі.