Forskere simulerer designet af nye kvantebits for lettere konstruering af kvantecomputere

Kvantecomputere - en mulig fremtidig teknologi, der ville revolutionere computing ved at udnytte de bizarre egenskaber ved kvantebit, eller qubits. Qubits er kvanteanalogen til de klassiske computerbits "0" og "1." Tekniske materialer, der kan fungere som qubits, er teknisk udfordrende. Ved hjælp af supercomputere, forskere fra University of Chicago og Argonne National Laboratory forudsagde mulige nye qubits bygget af anstrengt aluminiumnitrid. I øvrigt, forskerne viste, at visse nyudviklede qubits i siliciumcarbid har usædvanligt lange levetider.

Kvantecomputere kunne bryde almindelige kryptografiteknikker, søg i enorme datasæt, og simulere kvantesystemer på en brøkdel af den tid, det ville tage nutidens computere. Imidlertid, ingeniører skal først udnytte kvantebits egenskaber. Konstruktion af nye qubits med mindre vanskelige metoder kunne sænke en af ​​de betydelige barrierer for at skalere kvantecomputere fra små prototyper til større teknologier.

En af de førende metoder til at skabe qubits indebærer at udnytte specifikke strukturelle atomfejl i diamanter. Brug af diamanter er både teknisk udfordrende og dyrt. Nu har forskere fra University of Chicago og Argonne National Laboratory foreslået en analog defekt i aluminiumnitrid, hvilket kunne reducere vanskelighederne og de ultimative omkostninger ved fremstilling af materialer til kvanteberegningsapplikationer.

Ved at bruge Edison og Mira supercomputere ved henholdsvis DOE's National Energy Research Scientific Computing Center og Argonne National Laboratory, forskerne fandt ud af, at ved at belaste aluminiumnitrid, de kan skabe strukturelle defekter i materialet, der kan udnyttes som qubits svarende til dem, der ses i diamanter. De udførte deres beregninger ved hjælp af forskellige teoriniveauer og Quantum Espresso og WEST -koder, sidstnævnte udviklet ved University of Chicago.

Koderne gjorde det muligt for dem nøjagtigt at forudsige positionen af ​​defektniveauerne i båndgabet af halvledere. Forskerne samarbejdede også tæt med eksperimentelle for at forstå og forbedre ydelsen af ​​qubits i industrielle materialer. For nylig, de viste, at nyudviklede qubits i siliciumcarbid har meget længere sammenhængstider end de mere veletablerede defekte qubits i diamant. Deres resultater pegede på industrielt vigtige polyatomiske krystaller som lovende værter for sammenhængende qubits til skalerbare kvanteenheder.