nauki ścisłe
Autor: Jim Daley | dodano: 2020-02-21
Pętla kwantowa

Nowy materiał może pomóc w budowie komputerów kwantowych.

Nadprzewodniki to materiały, w których prąd płynie, nie napotykając oporu. Zwykle jego droga jest jednokierunkowa, ale niedawno odkryto materiał, w którym prąd może płynąć w dwóch kierunkach równocześnie.

Tym niezwykłym nadprzewodnikiem jest tzw. b-Bi2Pd zbudowany z krystalicznego bizmutu i pallady. Kiedy z cienkiej warstwy materiału uformujemy pierścień, okaże się, że prąd popłynie w nim równocześnie w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara i do niego przeciwnym. Odkrywcy zjawiska przewidują, że znajdzie ono zastosowanie w następnej generacji komputerów kwantowych, które dzięki bezpośredniemu wykorzystaniu praw fizyki kwantowej będą mogły wykonywać obliczenia znacznie szybciej niż ich współczesne odpowiedniki.

„Superpozycja prądów płynących w przeciwnych kierunkach” może posłużyć za podstawę do realizacji kubitu, wyjaśnia Yufan Li, fizyk z Johns Hopkins University i pierwszy autor opublikowanej pracy. Podczas gdy bit w komputerze klasycznym może w danej chwili znajdować się tylko w jednym z dwóch stanów, jego kwantowy odpowiednik, kubit, może istnieć w superpozycji obydwu stanów (jak w słynnym paradoksie Schrödingera z kotem żywym i martwym równocześnie). Kubity pozwalają zwiększyć wydajności obliczeń, ponieważ zawierają więcej informacji.

Kubity nadprzewodnikowe, które zaprojektowano do tej pory, wymagają pola magnetycznego o precyzyjnej wartości. Przeciwnie pierścienie z b-Bi2Pd, które zaprojektował Li z zespołem, będące realizacją nadprzewodnikowego kubitu strumieniowego, nie wymagają zewnętrznych magnesów, aby prąd płynął w obydwu kierunkach. Badacze przekonują, że ta właściwość powinna spowodować „jakościowy skok” w obecnej technologii kubitów. „Nasze kubity działają bez pola magnetycznego – wyjaśnia Li. – To istotne uproszczenie w zakresie projektowania obwodu i jego kalibracji.”

Możliwe również, że specyficzne właściwości b-Bi2Pd pozwolą zaobserwować zjawiska świadczące o istnieniu kwazicząstek przewidywanych przez teorię, tzw. fermionów Majorany, które są swoimi własnymi antycząstkami. (Antycząstka i odpowiadająca jej cząstka mają tę samą masę, ale ich ładunki są przeciwnego znaku.) Li wyjaśnia, że w takim przypadku nadprzewodnik można by wykorzystać do realizacji na razie czysto teoretycznej odmiany kubitów, które byłyby odporne na szum docierający ze środowiska dzięki przestrzennej separacji składników.

Jednak zbudowanie jakichkolwiek kubitów na bazie pierścieni b-Bi2Pd to raczej dość odległa perspektywa. Javad Shabani, fizyk z New York University, który nie uczestniczył w badaniach, wyjaśnia, że warunkiem wykorzystania pierścieni z nowo odkrytego materiału w charakterze kubitów jest uzyskanie o wiele lepszej kontroli nad ich zachowaniem. „Potrzebujemy więcej gałek – mówi obrazowo Shabani. – Nie mając możliwości sterowania pierścieniami, nie zdołamy ich wykorzystać.”   

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 03/2020 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
12/2020
10/2020 - specjalny
Kalendarium
Grudzień
5
W 1952 r. nad Londynem utworzył się wielki smog, który utrzymywał się do 9 grudnia i spowodował śmierć 12 tys. mieszkańców miasta.
Warto przeczytać
Fizyka kwantowa jest dziwna. Reguły świata kwantowego, według których działa świat na poziomie atomów i cząstek subatomowych, nie są tymi samymi regułami, które obowiązują w dobrze znanym nam świecie codziennych doświadczeń - regułami, które kojarzymy ze zdrowym rozsądkiem.

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Jim Daley | dodano: 2020-02-21
Pętla kwantowa

Nowy materiał może pomóc w budowie komputerów kwantowych.

Nadprzewodniki to materiały, w których prąd płynie, nie napotykając oporu. Zwykle jego droga jest jednokierunkowa, ale niedawno odkryto materiał, w którym prąd może płynąć w dwóch kierunkach równocześnie.

Tym niezwykłym nadprzewodnikiem jest tzw. b-Bi2Pd zbudowany z krystalicznego bizmutu i pallady. Kiedy z cienkiej warstwy materiału uformujemy pierścień, okaże się, że prąd popłynie w nim równocześnie w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara i do niego przeciwnym. Odkrywcy zjawiska przewidują, że znajdzie ono zastosowanie w następnej generacji komputerów kwantowych, które dzięki bezpośredniemu wykorzystaniu praw fizyki kwantowej będą mogły wykonywać obliczenia znacznie szybciej niż ich współczesne odpowiedniki.

„Superpozycja prądów płynących w przeciwnych kierunkach” może posłużyć za podstawę do realizacji kubitu, wyjaśnia Yufan Li, fizyk z Johns Hopkins University i pierwszy autor opublikowanej pracy. Podczas gdy bit w komputerze klasycznym może w danej chwili znajdować się tylko w jednym z dwóch stanów, jego kwantowy odpowiednik, kubit, może istnieć w superpozycji obydwu stanów (jak w słynnym paradoksie Schrödingera z kotem żywym i martwym równocześnie). Kubity pozwalają zwiększyć wydajności obliczeń, ponieważ zawierają więcej informacji.

Kubity nadprzewodnikowe, które zaprojektowano do tej pory, wymagają pola magnetycznego o precyzyjnej wartości. Przeciwnie pierścienie z b-Bi2Pd, które zaprojektował Li z zespołem, będące realizacją nadprzewodnikowego kubitu strumieniowego, nie wymagają zewnętrznych magnesów, aby prąd płynął w obydwu kierunkach. Badacze przekonują, że ta właściwość powinna spowodować „jakościowy skok” w obecnej technologii kubitów. „Nasze kubity działają bez pola magnetycznego – wyjaśnia Li. – To istotne uproszczenie w zakresie projektowania obwodu i jego kalibracji.”

Możliwe również, że specyficzne właściwości b-Bi2Pd pozwolą zaobserwować zjawiska świadczące o istnieniu kwazicząstek przewidywanych przez teorię, tzw. fermionów Majorany, które są swoimi własnymi antycząstkami. (Antycząstka i odpowiadająca jej cząstka mają tę samą masę, ale ich ładunki są przeciwnego znaku.) Li wyjaśnia, że w takim przypadku nadprzewodnik można by wykorzystać do realizacji na razie czysto teoretycznej odmiany kubitów, które byłyby odporne na szum docierający ze środowiska dzięki przestrzennej separacji składników.

Jednak zbudowanie jakichkolwiek kubitów na bazie pierścieni b-Bi2Pd to raczej dość odległa perspektywa. Javad Shabani, fizyk z New York University, który nie uczestniczył w badaniach, wyjaśnia, że warunkiem wykorzystania pierścieni z nowo odkrytego materiału w charakterze kubitów jest uzyskanie o wiele lepszej kontroli nad ich zachowaniem. „Potrzebujemy więcej gałek – mówi obrazowo Shabani. – Nie mając możliwości sterowania pierścieniami, nie zdołamy ich wykorzystać.”