Granulært aluminium til fremtidige computere

Computere baseret på kvantemekaniske principper kan løse visse opgaver særligt effektivt. Deres informationsbærere, de såkaldte qubits, ikke kun har værdierne "0" og "1, "men siger også ind imellem, kaldet superpositionstilstande. Imidlertid, Det er svært at opretholde en sådan tilstand. Forskere ved Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har nu brugt granulært aluminium (kaldet grAl) til qubits og har vist, at dette superledende materiale har et stort potentiale til at overvinde de tidligere grænser for kvantehardware. Forskerne rapporterer i tidsskriftet Naturmaterialer .

Kvantecomputere betragtes som fremtidens computere. Du kan i princippet behandle store mængder data meget hurtigere end med nuværende klassiske computere. Mens klassiske computere udfører et trin ad gangen, kvantecomputere kan betragtes som at tage mange skridt parallelt, i såkaldt kvanteparallelisme. Informationsbæreren for kvantecomputeren er kvantebitten, qubit kort fortalt. For qubits er ikke kun tilstandene "0" og "1" relevante, men også staterne imellem, den kvantemekaniske superposition af tilstande. Deres forarbejdning sker efter kvantemekaniske principper, såsom sammenfiltring, som bevarer øjeblikkelige korrelationer mellem qubit-tilstande til vilkårlige lange afstande.

"At producere qubits, der er små nok, og som kan skiftes hurtigt nok til at udføre kvanteberegninger, er en stor udfordring, " forklarer fysiker Dr. Ioan Pop, Leder af forskningsgruppen Kinetic Inductance Quantum Systems ved Physics Institute (PHI) og KIT's Institute of Nanotechnology (INT). En lovende mulighed er superledende kredsløb. Superledere er materialer, der ikke har nogen elektrisk modstand ved ekstremt lave temperaturer, derfor leder de elektricitet uden tab. Dette er afgørende for at bevare kvantetilstandene og for jævnt at forbinde qubits, hvilket resulterer i højere computerkraft. Store virksomheder som IBM, Intel, Microsoft og Google arbejder på at opskalere superledende kvanteprocessorer.

En stor vanskelighed, imidlertid, opretholder kvantetilstanden. Interaktioner med miljøet kan føre til henfald af kvantetilstanden, den såkaldte dekohærens. Jo flere qubits der bruges, jo sværere er det at bevare sammenhængen. Forskere ved PHI, INT og IPE fra KIT og National University for Research and Technology MISIS i Moskva har nu for første gang brugt granulært aluminium som superledende materiale til qubits med høj kohærens. Som forskerne rapporterer i tidsskriftet Naturmaterialer , de målte en grAl fluxonium qubit med kohærenstid på op til 30 mikrosekunder - dette er den tid, hvor qubit kan forblive i en tilstand mellem "0" og "1". Denne tid lyder måske kort, men den er faktisk opmuntrende lang sammenlignet med den typiske 0,01 mikrosekund tid, der kræves til qubit-operationen. "Vores resultater viser, at granulært aluminium kan åbne forskningsmuligheder for en ny klasse af komplekse qubit-designs og hjælpe med at overvinde de nuværende begrænsninger ved kvanteberegning, " forklarer Dr. Ioan Pop fra KIT.