Общая концепция объединяет квантовую термодинамику и немарковскую динамику, способствуя созданию сверхпроводников для элементов квантовых схем при высоких температурах.
Внедрение квантовых компьютеров в общество сдерживается их чувствительностью к внешним воздействиям
Исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции, Университета Аалто и Хельсинкского университета в Финляндии представили новый тип экзотического квантового материала и метод, использующий магнетизм для обеспечения стабильности.
Этот прорыв может значительно повысить устойчивость квантовых компьютеров, открывая путь для решения квантовых вычислений на практике.
Статья «Topological Zero Modes and Correlation Pumping in an Engineered Kondo Lattice» опубликована в журнале Physical Review Letters.
Квантовые вычисления и квантовые компьютеры
На атомном уровне законы физики отличаются от тех, что мы наблюдаем в нашем обычном макромире. Там частицы подчиняются законам квантовой физики, что означает, что они могут существовать в нескольких состояниях одновременно и влиять друг на друга способами, невозможными в классической физике.
Эти своеобразные, но мощные явления являются ключом к квантовым вычислениям и квантовым компьютерам, которые потенциально могут решать задачи, с которыми сегодня не справляются обычные суперкомпьютеры.
Однако прежде чем квантовые вычисления смогут приносить пользу обществу на практике, физикам необходимо решить серьёзную проблему. Кубиты, основные единицы квантового компьютера, чрезвычайно хрупкие. Малейшее изменение температуры, магнитного поля или даже микроскопические вибрации приводят к потере квантовых состояний кубитами, а следовательно, и их способности выполнять сложные вычисления надёжно.
Создание новых материалов для защиты от внешних воздействий
Чтобы решить эту проблему, исследователи в последние годы начали изучать возможность создания материалов, которые могут обеспечить лучшую защиту от таких возмущений и шума в своей фундаментальной структуре — топологии.
Квантовые состояния, которые возникают и поддерживаются за счёт структуры материала, используемого в кубитах, называются «топологическими возбуждениями» и значительно более стабильны и устойчивы, чем другие. Однако задача состоит в том, чтобы найти материалы, которые естественным образом поддерживают такие устойчивые квантовые состояния.
Теперь исследовательская группа из Технологического университета Чалмерса, Университета Аалто и Хельсинкского университета разработала новый квантовый материал для кубитов, который демонстрирует устойчивые топологические возбуждения.
Извлечение работы из квантовых процессов
Исследование квантовой термодинамики сосредоточено на извлечении полезной энергии из квантовых процессов. Исследователи из Университета Ноттингема и Университета Сан-Паулу представили общую и строгую концепцию, которая объединяет квантовую термодинамику и немарковскую динамику, показывая, что последняя может служить ресурсом для повышения эффективности извлечения работы из квантовых процессов.
Их статья, опубликованная в журнале Physical Review Letters, может открыть новые возможности для будущего развития квантовых технологий.
Создание новых сверхпроводников для квантовых схем
Проект под руководством доктора Манджита Боуза и профессора Джеффа Маккаллума из Мельбурнского университета выявил перспективный класс сверхпроводников, которые могут потенциально избежать необходимости в высоких уровнях криогенного охлаждения.
Для оптимизации роста этих силицидных сверхпроводников доктор Боуз и профессор Маккаллум широко используют высокотемпературную нейтронную рефлектометрию на рефлектометре Spatz в Австралийском центре нейтронного рассеяния ANSTO.
Нейтроны являются идеальным инструментом для изучения экстремальных условий окружающей среды образцов, таких как высокое давление, температура или поля, которые присутствуют при изготовлении элементов схем. Это связано с тем, что нейтроны могут проникать через большинство распространённых металлов, позволяя увидеть отражающие тонкие плёнки глубоко внутри печей, магнитов и криокамер.
Квантовые компьютеры обещают произвести революцию в различных аспектах жизни общества к 2050 году. Эти инструменты, как ожидается, повлияют на каждый аспект жизни, от разработки лекарств, безопасности личных данных до макромасштабной бизнес-логистики. В 2025 году ЮНЕСКО объявила Международный год квантовой науки и технологий, что свидетельствует о широком признании неиспользованного потенциала квантовых технологий и вычислений в предстоящем веке.