Forskere opdager materiale, der en dag kan drive en kvantecomputer

Kvantecomputere med evnen til at udføre komplekse beregninger, kryptere data mere sikkert og hurtigere forudsige spredningen af ​​vira, kan være inden for rækkevidde takket være en ny opdagelse af forskere fra Johns Hopkins.

"Vi har fundet ud af, at et bestemt superledende materiale indeholder særlige egenskaber, der kunne være byggestenene til fremtidens teknologi, " siger Yufan Li, en postdoc ved Institut for Fysik og Astronomi ved Johns Hopkins University og avisens første forfatter.

Resultaterne vil blive offentliggjort den 11. oktober i Videnskab .

Nutidens computere bruger bits, repræsenteret af en elektrisk spænding eller strømimpuls, at gemme information. Bits findes i to stater, enten "0" eller "1." kvantecomputere, baseret på kvantemekanikkens love, brug kvantebits, eller qubits, som ikke kun bruger to tilstande, men en superposition af to stater.

Denne evne til at bruge sådanne qubits gør kvantecomputere meget mere kraftfulde end eksisterende computere, når de løser visse typer problemer, såsom dem, der vedrører kunstig intelligens, udvikling af lægemidler, kryptografi, økonomisk modellering og vejrudsigt.

Et berømt eksempel på qubit er Schrodingers kat, en hypotetisk kat, der kan være død og levende på samme tid.

"En mere realistisk, håndgribelig implementering af qubit kan være en ring lavet af superledende materiale, kendt som flux qubit, hvor der kan eksistere to tilstande med elektriske strømme med og mod uret samtidigt, " siger Chia-Ling Chien, Professor i fysik ved Johns Hopkins University og en anden forfatter på papiret. For at eksistere mellem to stater, qubits, der bruger traditionelle superledere, kræver, at der påføres et meget præcist eksternt magnetfelt på hver qubit, hvilket gør dem vanskelige at betjene på en praktisk måde.

I den nye undersøgelse, Li og kolleger fandt, at en ring af β-Bi ₂ Pd eksisterer allerede naturligt mellem to tilstande i fravær af et eksternt magnetfelt. Strøm kan i sagens natur cirkulere både med uret og mod uret, samtidigt, gennem en ring af β-Bi ₂ Pd.

Tilføjer Li:"En ring af β-Bi ₂ Pd eksisterer allerede i den ideelle tilstand og kræver ingen yderligere ændringer for at virke. Dette kunne være en game changer."

Det næste skridt, siger Li, er at lede efter Majorana-fermioner inden for β-Bi ₂ Pd; Majorana fermioner er partikler, der også er anti-partikler af sig selv og er nødvendige for det næste niveau af forstyrrelsesbestandige kvantecomputere:topologiske kvantecomputere.

Majorana-fermioner er afhængige af en speciel type superledende materiale - en såkaldt spin-triplet-superleder med to elektroner i hvert par, der justerer deres spin på en parallel måde - som hidtil har været uhåndgribelig for videnskabsmænd. Nu, gennem en række eksperimenter, Li og kolleger fandt, at tynde film af β-Bi ₂ Pd har de særlige egenskaber, der er nødvendige for fremtiden for kvanteberegning.

Forskere har endnu ikke opdaget den iboende spin-triplet-superleder, der er nødvendig for at fremme kvanteberegning fremad, men Li er håbefuld, at opdagelsen af ​​β-Bi ₂ Pd's særlige egenskaber, vil føre til at finde Majorana fermioner i materialet næste.

"Ultimativt, Målet er at finde og derefter manipulere Majorana fermioner, hvilket er nøglen til at opnå fejltolerant kvanteberegning for virkelig at frigøre kraften i kvantemekanikken, " siger Li.