מזונות חשובים
- יצירת מחשבים קוונטיים מעשיים עשויה להיות תלויה במציאת דרכים טובות יותר להשתמש בחומרים מוליכים-על שאין להם התנגדות חשמלית.
- חוקרים במעבדה הלאומית Oak Ridge גילו שיטה למצוא אלקטרונים מקושרים בדיוק רב.
- מחשבים קוונטיים מוליכי-על מנצחים כיום טכנולוגיות מתחרות מבחינת גודל המעבד.
מחשבים קוונטיים מעשיים עשויים להגיע בקרוב עם השלכות עמוקות על כל דבר, החל מגילוי תרופות ועד לשבירת קוד.
בצעד לקראת בניית מכונות קוונטיות טובות יותר, חוקרים במעבדה הלאומית של Oak Ridge מדדו לאחרונה את הזרם החשמלי בין קצה מתכתי חד מבחינה אטומית לבין מוליך-על. שיטה חדשה זו יכולה למצוא אלקטרונים מקושרים בדיוק רב במהלך שעשוי לסייע בזיהוי סוגים חדשים של מוליכים-על, שאין להם התנגדות חשמלית.
"מעגלים מוליכים-על הם המובילים הנוכחיים לבניית ביטים קוונטיים (קווביטים) ושערים קוונטיים בחומרה", אמר טובי קוביט, מנהל Phasecraft, חברה שבונה אלגוריתמים ליישומים קוונטיים, באימייל ל-Lifewire. רֵאָיוֹן. "קיוביטים מוליכים-על הם מעגלים חשמליים במצב מוצק, אותם ניתן לעצב בדיוק וגמישות גבוהים."
פעולה מפחידה
מחשבים קוונטיים מנצלים את העובדה שאלקטרונים יכולים לקפוץ ממערכת אחת לאחרת בחלל באמצעות התכונות המסתוריות של הפיזיקה הקוונטית.אם אלקטרון יתחבר עם אלקטרון אחר ממש בנקודה שבה מתכת ומוליך-על נפגשים, הוא יכול ליצור מה שנקרא זוג קופר. המוליך העל גם משחרר סוג אחר של חלקיק למתכת, המכונה השתקפות אנדרייב. החוקרים חיפשו את ההשתקפויות האלה של אנדרייב כדי לזהות זוגות של קופר.
אוניברסיטת אלטו / חוסה לאדו
מדעני Oak Ridge מדדו את הזרם החשמלי בין קצה מתכתי חד מבחינה אטומית לבין מוליך-על. גישה זו מאפשרת להם לזהות את כמות ההשתקפות של אנדרייב החוזרת למוליך העל.
טכניקה זו מבססת מתודולוגיה חדשה וקריטית להבנת המבנה הקוונטי הפנימי של סוגים אקזוטיים של מוליכים-על הידועים כמוליכי-על לא קונבנציונליים, מה שעשוי לאפשר לנו להתמודד עם מגוון בעיות פתוחות בחומרים קוונטיים, חוסה לאדו, עוזר פרופסור ב- אוניברסיטת אלטו, שסיפקה תמיכה תיאורטית למחקר, אמרה בהודעה לעיתונות.
איגור זכרוב, מדען מחקר בכיר במעבדה לעיבוד מידע קוונטי, Skoltech במוסקבה, אמר ל-Lifewire באמצעות דואר אלקטרוני שמוליך-על הוא מצב של חומר שבו אלקטרונים אינם מאבדים אנרגיה על ידי פיזור על הגרעינים בעת ביצוע זרם חשמלי והזרם החשמלי יכולים לזרום ללא הפסקה.
"בעוד שלאלקטרונים או גרעינים יש מצבים קוונטיים שניתן לנצל לחישוב, זרם מוליך-על מתנהג כיחידת מאקרו קוונטית עם תכונות קוונטיות", הוסיף. "לכן, אנו משחזרים את המצב שבו מצב מאקרו של חומר עשוי לשמש לארגון עיבוד מידע בעוד שיש לו השפעות קוונטיות בעליל שעשויות לתת לו יתרון חישובי."
אחד האתגרים הגדולים ביותר במחשוב קוונטי כיום קשור לאופן שבו נוכל לגרום למוליכי-על לבצע ביצועים טובים עוד יותר.
The Superconducting Future
מחשבים קוונטיים מוליכי-על מנצחים כיום טכנולוגיות מתחרות מבחינת גודל המעבד, אמר Cubitt.גוגל הפגינה מה שנקרא "עליונות קוונטית" על התקן מוליך-על של 53 קיוביטים בשנת 2019. יבמ השיקה לאחרונה מחשב קוונטי עם 127 קיוביטים מוליכים-על, וריגטי הכריזה על שבב מוליך-על של 80 קיוביטים.
"לכל חברות החומרה הקוונטית יש מפות דרכים שאפתניות להגדלת המחשבים שלהן בעתיד הקרוב", הוסיף קוביט. "זה הונע על ידי מגוון התקדמות בהנדסה, שאפשרה פיתוח של עיצובי קיוביט מתוחכמים יותר ואופטימיזציה. האתגר הגדול ביותר עבור טכנולוגיה מסוימת זו הוא שיפור איכות השערים, כלומר, שיפור הדיוק שבו המעבד יכול לתפעל את המידע ולהפעיל חישוב."
מוליכים טובים יותר עשויים להיות המפתח ליצירת מחשבים קוונטיים מעשיים. מייקל בירקוק, מנכ"ל חברת המחשוב הקוונטי Q-CTRL, אמר בראיון בדוא"ל שרוב מערכות המחשוב הקוונטי הנוכחיות משתמשות בסגסוגות ניוביום ואלומיניום, שבהן התגלתה מוליכות-על בשנות ה-50 וה-60.
"אחד האתגרים הגדולים ביותר במחשוב קוונטי כיום קשור לאופן שבו אנו יכולים לגרום למוליכי-על לבצע ביצועים טובים עוד יותר", הוסיף בירקוק. "לדוגמה, זיהומים בהרכב הכימי או במבנה של המתכות המופקדות עלולים לגרום למקורות רעש והדרדרות ביצועים במחשבים קוונטיים - אלה מובילים לתהליכים הידועים כדקוהרנטיות שבהם ה'קוונטיות' של המערכת אובדת."
מחשוב קוונטי דורש איזון עדין בין האיכות של קיוביט למספר הקיוביטים, הסביר זכרוב. בכל פעם שקיוביט מקיים אינטראקציה עם הסביבה, כגון קבלת אותות עבור 'תכנות', הוא עלול לאבד את מצבו הסבוך.
"למרות שאנו רואים התקדמות קטנה בכל אחד מהכיוונים הטכנולוגיים המצוינים, שילובם למכשיר עובד טוב עדיין חמקמק", הוסיף.
ה'גביע הקדוש' של המחשוב הקוונטי הוא מכשיר עם מאות קיוביטים ושיעורי שגיאה נמוכים. מדענים לא יכולים להסכים כיצד ישיגו את המטרה הזו, אבל תשובה אפשרית אחת היא שימוש במוליכי-על.
"המספר ההולך וגדל של קיוביטים בהתקן מוליך-על סיליקון מדגיש את הצורך במכונות קירור ענקיות שיכולות להניע נפחים תפעוליים גדולים קרוב לטמפרטורת האפס המוחלטת", אמר זכרוב.
