Квантовые компьютеры, способные выполнять сложные вычисления и более надежно шифровать данные, вскоре могут быть созданы благодаря новому открытию исследователей из университета Джона Хопкинса.
«Мы обнаружили, что определенный сверхпроводящий материал обладает особыми свойствами, которые могут стать строительными блоками для технологии будущего», — говорит Юфан Ли, научный сотрудник факультета физики и астрономии в Университете Джона Хопкинса и первый автор статьи. Полученные результаты опубликованы в журнале Science.
Современные компьютеры используют биты, представленные электрическим напряжением или импульсом тока, для хранения информации. Биты существуют в двух состояниях: «0» или «1». Квантовые компьютеры, основанные на законах квантовой механики, используют квантовые биты или кубиты, которые используют не только два состояния, но и суперпозицию двух состояний.
Эта способность использовать такие кубиты делает квантовые компьютеры намного более мощными, чем существующие компьютеры, при решении определенных типов задач, таких как проблемы, связанные с искусственным интеллектом, разработкой лекарств, криптографией, финансовым моделированием и прогнозированием погоды.
Известным примером кубита является кот Шредингера — гипотетический кот, который может быть одновременно и живым и мертвым.
«Более реалистичной, осязаемой реализацией кубита может быть кольцо из сверхпроводящего материала, известного как магнитный кубит, в котором одновременно могут существовать два состояния с электрическими токами, протекающими по часовой стрелке и против часовой стрелки», — говорит Чиа-Лин Чиен, профессор физики в Университет Джона Хопкинса и соавтор статьи. Чтобы существовать между двумя состояниями, кубиты, использующие традиционные сверхпроводники, требуют, чтобы на каждом кубите было приложено очень точное внешнее магнитное поле, что затрудняет их практическую работу.
В новом исследовании ученые обнаружили, что кольцо β-Bi2Pd уже естественным образом существует между двумя состояниями в отсутствие внешнего магнитного поля. Ток может по своей природе циркулировать как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки, одновременно через кольцо β-Bi2Pd.
«Кольцо β-Bi2Pd уже существует в идеальном состоянии и не требует каких-либо дополнительных модификаций для работы. Это может изменить игру» — говорят исследователи.
Следующим шагом является поиск майорановских фермионов в β-Bi2Pd; Майорановские фермионы — это частицы, которые также являются античастицами сами к себе и необходимы для следующего уровня устойчивых к разрушению квантовых компьютеров: топологических квантовых компьютеров.
Майорановские фермионы зависят от особого типа сверхпроводящего материала — так называемого спин-триплетного сверхпроводника с двумя электронами в каждой паре, выравнивающего свои спины параллельно, — который до сих пор был труднодостижим для ученых. Теперь, благодаря серии экспериментов, Ли и его коллеги обнаружили, что тонкие пленки β-Bi2Pd обладают особыми свойствами, необходимыми для будущего квантовых вычислений.
Ученым еще предстоит открыть собственный спин-триплетный сверхпроводник, необходимый для развития квантовых вычислений, но они надеются, что открытие специальных свойств β-Bi2Pd приведет к нахождению в материале майорановских фермионов.
«В конечном счете, цель состоит в том, чтобы найти и затем манипулировать майорановскими фермионами, что является ключом к созданию отказоустойчивых квантовых вычислений для действительного раскрытия силы квантовой механики», — говорит Юфан Ли.
Источник: