Quantencomputer werden seit langem als die Zukunft des Rechnens, vielleicht als die Zukunft der Technologie, gelobt. Die Entwicklung eines Quantencomputers, der unter normalen Nutzungsbedingungen funktioniert, ist für Forscher jedoch keine leichte Aufgabe.
Eine der größten Hürden, an denen Quantencomputerforscher arbeiten mussten, ist der Umgang mit der Temperatur, bei der diese Geräte arbeiten müssen. In der Vergangenheit haben Quantencomputer nur bei extrem niedrigen Labortemperaturen gearbeitet. -460 Grad Fahrenheit, Quantencomputer finden ihre optimale Arbeitstemperatur. Wie man vielleicht erraten kann, ist dies nicht für jeden Raum eine leicht erreichbare Temperatur.
Trotzdem haben Forscher gerade eine neue Methode entdeckt, mit der Quantencomputer bei Raumtemperatur funktionieren können. Dies könnte die Kosten erheblich senken und die Eintrittsbarriere für die Erstellung eines Quantengeräts verringern.
Durch die Erstellung eines Quantencomputers, der unter normalen thermischen Bedingungen funktioniert, kommen die Forscher der Skalierung des Quantencomputers für eine Vielzahl von Anwendungen mit Massenattraktivität einen Schritt näher.
Verstehen, was die Forscher entdeckt haben
die meisten Qubits die Quantenpartikel, die für die Funktion von Quantencomputern von zentraler Bedeutung sind, arbeiten nur mit supraleitenden Materialien. Supraleiter arbeiten am besten bei extrem niedrigen Temperaturen. Um dies zu umgehen, untersuchten die Forscher die Verwendung von Defekten in Siliziumkarbid, um die Qubits zu haltenstattdessen an ihren jeweiligen Orten. Dies ist nicht nur einfacher, sondern macht die Maschinen auch weitaus kostengünstiger.
Siliziumkarbid oder SiC ist in der Welt der Quantencomputer nichts Neues. Es wird bereits seit einiger Zeit als potenzieller Inhaber von Qubits für Quantencomputer untersucht. Erst als Forscher der schwedischen Universität Linköping dies entdecktenDies könnte die strukturellen Eigenschaften von Siliziumkarbid geringfügig verändern, damit es die Qubits perfekt hält.
In ihrer Veröffentlichung veröffentlicht in Natur die haben dies über ihre bahnbrechende Forschung zu sagen.
"Wir identifizieren einen Weg um diese Nachteile herum, indem wir zeigen, dass ein konstruierter Quantentopf den Ladungszustand eines Qubits stabilisieren kann. Mithilfe der Dichtefunktionaltheorie und experimenteller Synchrotron-Röntgenbeugungsstudien konstruieren wir ein Modell für zuvor nicht zugeordnete Punktdefektzentrenin Siliziumkarbid als axiale Teilung nahe dem Stapelfehler und zeigen, wie dieses Modell die Robustheit dieser Defekte gegenüber Photoionisierung und Raumtemperaturstabilität erklärt. "
Im Wesentlichen nehmen die Forscher Modifikationen auf Atomebene am Siliziumkarbid vor, um sicherzustellen, dass sie die Qubits an Ort und Stelle halten können. Sie machen atomgroße Defekte in dem Material, in dem sie ein Qubit halten können.
Igor Abrikosov, Professor, wissenschaftlicher Berater des Labors für Materialmodellierung und -entwicklung bei NUST MISIS, Leiter der Abteilung Theoretische Physik am Institut für Physik, Chemie und Biologie der Universität Linköping erklärte es so :
„Um ein Qubit zu erzeugen, wird ein Punktdefekt in einem Kristallgitter mit einem Laser angeregt, und wenn ein Photon emittiert wird, beginnt dieser Defekt zu lumineszieren. Es wurde zuvor nachgewiesen, dass sechs Peaks in der Lumineszenz von SiC, genannt, beobachtet werdenvon PL1 bis PL6. Wir haben herausgefunden, dass dies auf einen bestimmten Defekt zurückzuführen ist, bei dem eine einzelne "verschobene" Atomschicht, die als Stapelfehler bezeichnet wird, in der Nähe von zwei freien Positionen im Gitter erscheint.
Im Jahr 2019 experimentierten die Forscher auch mit Modifikationen auf Atomebene, im vorherigen Fall arbeiteten sie jedoch mit Diamanten. Der Vorteil der Verwendung von Siliziumkarbid besteht darin, dass es erheblich billiger ist als die Verwendung von Diamant.
Forscher bei @yokohama_saigai haben geometrische Spin-Qubits in Diamant-NV-Zentren bei Raumtemperatur und ohne Magnetfeld erzeugt und manipuliert. Sie demonstrieren langlebige Quantenspeicher durch universelle holonome Gates für Quanten-Repeater. https://t.co/jB14QE3TZq
- Austin Bradley @AustinToMars 13. August 2018
Theoretisch sollte all dies funktionieren, aber wie bei vielen Dingen in der Quantenwelt ist es schwieriger, die Theorien der Forscher tatsächlich zu testen, als Sie vielleicht denken.
Was steht den Forschern bevor
Die Konzepte und die Mathematik hinter der Verwendung von Siliziumkarbid zum Halten von Qubits bei Raumtemperatur sind alle zutreffend, aber den Forschern stehen noch einige praktische Hürden im Weg.
Sie müssen einen Prozess entwickeln, der es ihnen ermöglicht, die Defekte im SiC strategisch genau dort zu platzieren, wo sie sie benötigen. Das Forschungsteam muss dazu im Wesentlichen eigene Prozesse entwickeln, was laut Team einige Zeit in Anspruch nehmen wird.
VERBINDUNG: NEUE FORSCHUNG BRINGT UNS EINEN SCHRITT NÄHER AN EINEN FUNKTIONIERENDEN QUANTUM-COMPUTER
Letztendlich befinden sich die Entdeckungen des Teams der Universität Linköping noch in einem frühen Stadium, um die praktische Wirksamkeit zu demonstrieren. Es sieht jedoch alles vielversprechend aus, und bald könnten Quantenwissenschaftler einen weitaus einfacheren Weg finden, den Kern zu entwickelnStruktur von Quantencomputern.