САЩ с пробив в областта на свръхпроводниците – учени са създали нов материал, който има потенциала да промени квантовите изчисления

Екип от учени в Съединените щати постигна забележителен напредък в областта на свръхпроводниците. Този напредък може да има значителни последици за бъдещето на квантовите изчисления.

В изследването подробно се описва разработването на нов свръхпроводников материал, който има потенциала да промени квантовите изчисления и потенциално да функционира като „топологичен свръхпроводник“.

Топологичният свръхпроводник е специален вид материал, който проявява свръхпроводимост (нулево електрическо съпротивление) и също така има уникални свойства, свързани с неговата форма или топология.

„Топологичният свръхпроводник използва делокализирано състояние на електрон или дупка (дупката се държи като електрон с положителен заряд), за да пренася квантова информация и да обработва данни по надежден начин.“

обясняват изследователите в съобщение за пресата

Това е от съществено значение за разработването на надеждни квантови компютри, които проявяват значителна чувствителност към различни форми на смущения.

„Нашият материал би могъл да бъде обещаващ кандидат за разработване на по-широко мащабируеми и надеждни компоненти за квантови компютри.“

казва Пенг Вей, доцент по физика и астрономия, който ръководи екипа

Иновативна комбинация

Изследователите комбинират тригонален телур – материал, известен със своите хирални и немагнитни свойства, със свръхпроводник в повърхностно състояние, създаден върху тънък слой злато. В резултат на тази иновативна комбинация е създаден двуизмерен интерфейсен свръхпроводник с отличителни характеристики, които го отличават от конвенционалните свръхпроводници.

„Като създадохме много чист интерфейс между хиралния материал и златото, ние разработихме двуизмерен интерфейсен свръхпроводник.“

подчерта Вей

Хиралността на тригоналния телур, невъзможността той да бъде наложен върху огледалния си образ внася уникален елемент в свръхпроводника. Освен това интерфейсът между хиралния материал и златото създава благоприятна среда.

„Интерфейсният свръхпроводник е уникален, тъй като живее в среда, в която енергията на спина е 6 пъти по-силна от тази в конвенционалните свръхпроводници.“

обяснява Вей

Това усилване създава потенциал за използване на възбужданията в интерфейса за генериране на спинови квантови битове или кюбити. За контекст, това са основните единици квантова информация в квантовите компютри.

Приложения в квантовите компютри

Последиците от това откритие достигат до бързо развиващата се област на квантовите изчисления, която използва принципите на квантовата механика за решаване на сложни проблеми, надхвърлящи възможностите на класическите компютри.

Изследователите успешно конструират висококачествени микровълнови резонатори с ниски загуби. Те са съществени компоненти на квантовите компютри, като използват материали, значително по-тънки от обичайно използваните в индустрията.

„Постигнахме това, използвайки материали, които са един порядък по-тънки от тези, които обикновено се използват в индустрията за квантови компютри. Микровълновите резонатори с ниски загуби са критични компоненти на квантовите компютри и биха могли да доведат до свръхпроводящи кюбити с ниски загуби.“

отбеляза Уей, като подчерта значението на това постижение

Освен това той подчерта основната трудност при квантовите изчисления, която се състои в смекчаване на декохерентността или разграждането на квантовата информация в рамките на една кюбитова система.

Декохерентността е явление, при което квантовата система губи крехката си квантова информация в резултат на взаимодействие със заобикалящата я среда. Тя представлява значителна пречка за разработването на практически квантови компютри.

Иновативната методология на изследователите, използваща немагнитни материали за създаване на по-чист интерфейс може да улесни създаването на по-мащабируеми и надеждни компоненти за квантови компютри.

Допълнителни открития

Работата на екипа се простира отвъд първоначалното откритие. Те наблюдават, че интерфейсният свръхпроводник претърпява интригуващ преход под въздействието на магнитно поле. Това предполага превръщането му в „триплетен свръхпроводник“.

Този тип свръхпроводник демонстрира повишена стабилност в присъствието на магнитни полета. Освен това учените демонстрират, че свръхпроводникът по естествен начин потиска източниците на декохерентност, произтичащи от дефекти в материала, което е преобладаващо предизвикателство в областта.

Появата на този нов свръхпроводников материал, съчетана с потенциала му за справяне с ключови предизвикателства в квантовите изчисления и обещаващите им приложения сигнализира за нова ера в тази трансформираща се област.

Това ни доближава до реализацията на квантови компютри, способни да се справят с проблеми с безпрецедентна сложност.