Квантовые компьютеры — это мощные, молниеносные устройства, но их сложно соединить друг с другом на большие расстояния. Ранее максимальное расстояние, на котором два квантовых компьютера могли соединяться через оптоволоконный кабель, составляло несколько километров. Это означает, что даже если бы между ними был проложен кабель, квантовые компьютеры на кампусе Южно-Чикагского университета и в небоскрёбе Уиллис-Тауэр в центре Чикаго были бы слишком далеко друг от друга, чтобы общаться.
Новое исследование
Исследование, опубликованное сегодня в журнале Nature Communications, показывает, что профессор Университета Чикаго Тянь Чжун теоретически может увеличить это максимальное расстояние до 2 000 км (1 243 миль). С подходом Чжуна квантовый компьютер из Университета Чикаго, который раньше не мог достичь Уиллис-Тауэр, теперь может соединяться и обмениваться данными с квантовым компьютером за пределами Солт-Лейк-Сити, штат Юта.
Создание глобального квантового интернета
«Впервые технология для создания квантового интернета глобального масштаба стала реальностью», — сказал Чжун, недавно получивший престижную премию Стурджа за эту работу.
Соединение квантовых компьютеров для создания мощных высокоскоростных квантовых сетей включает в себя запутывание атомов через оптоволоконный кабель. Чем дольше время, в течение которого запутанные атомы сохраняют квантовую когерентность, тем больше расстояние, на котором квантовые компьютеры могут связываться друг с другом.
В новой статье Чжун и его команда из Южно-Чикагской школы молекулярной инженерии (UChicago PME) увеличили время квантовой когерентности отдельных атомов эрбия с 0,1 миллисекунды до более чем 10 миллисекунд. В одном случае они продемонстрировали до 24 миллисекунд, что теоретически позволило бы квантовым компьютерам соединяться на расстоянии до 4 000 км.
Физики наблюдают ключевые доказательства нетрадиционной сверхпроводимости в магическом углероде графена
Сверхпроводники подобны экспрессам в метро: любое электричество, которое «садится» на сверхпроводящий материал, может быстро проходить через него без остановки и потери энергии. Однако эти «традиционные» сверхпроводники несколько ограничены в использовании, поскольку их необходимо охлаждать до ультранизких температур с помощью сложных систем охлаждения, чтобы поддерживать их в сверхпроводящем состоянии.
Если бы сверхпроводники могли работать при более высоких, близких к комнатной, температурах, они позволили бы создать новый мир технологий, от кабелей с нулевыми потерями энергии и электрических сетей до практических систем квантовых вычислений. И поэтому учёные из Массачусетского технологического института и других организаций изучают «нетрадиционные» сверхпроводники — материалы, которые проявляют сверхпроводимость иначе, чем сегодняшние сверхпроводники, и потенциально более перспективны.
В обнадеживающем прорыве физики из Массачусетского технологического института сообщают о наблюдении новых ключевых доказательств нетрадиционной сверхпроводимости в «магическом углероде» — скрученном трёхслойном графене (MATTG). Этот материал изготавливается путём наложения трёх атомарно тонких листов графена под определённым углом, который затем позволяет проявляться экзотическим свойствам.
Открытие в журнале Science
Новое открытие, опубликованное в журнале Science, предлагает наиболее прямое подтверждение того, что материал проявляет нетрадиционную сверхпроводимость. В частности, команда смогла измерить сверхпроводящий зазор MATTG — свойство, которое описывает, насколько устойчиво сверхпроводящее состояние материала при заданных температурах. Они обнаружили, что сверхпроводящий зазор MATTG выглядит совсем иначе, чем у типичного сверхпроводника, что означает, что механизм, с помощью которого материал становится сверхпроводящим, также должен быть другим и нетрадиционным.
Квантовые компьютеры помогают в поиске сверхпроводников, работающих при комнатной температуре
Впервые квантовый компьютер успешно измерил корреляции спаривания (квантовые сигналы, показывающие, что электроны объединяются в пары), что имеет важное значение для учёных в поиске одного из святых Граалей физики — сверхпроводников, работающих при комнатной температуре.
Чтобы работать, сверхпроводникам необходимо охлаждать их до чрезвычайно низких температур, что делает их дорогими и непрактичными для широкого использования. Физики пытались изменить их структуру, чтобы они работали при комнатной температуре, и многие считают, что понимание и управление корреляциями спаривания электронов являются ключом к этому прорыву.
Исследователи из квантовой вычислительной фирмы Quantinuum использовали новый квантовый компьютер Helios-1 для моделирования сложных взаимодействий. Вместо того чтобы пытаться рассчитать поведение материала, Helios-1 имитировал квантовые взаимодействия внутри материала. Он использует специально захваченные атомы (ионы) в качестве своих квантовых битов (кубитов), основных строительных блоков квантового компьютера.
Эксперимент продемонстрировал, что квантовые вычисления могут быть мощным инструментом для ускорения поиска сверхпроводимости при комнатной температуре. Однако физики не будут регулярно обращаться к квантовым вычислениям для решения этой задачи в ближайшее время. Есть ещё несколько вещей, которые нужно доработать. Два основных препятствия — это накопление шума, при котором помехи из окружающей среды, такие как электромагнитные поля, приводят к коллапсу кубитов, и необходимость в большем количестве кубитов для точного моделирования больших материалов реального мира.