Ένας Κβαντικός Άλμα: Οι Ερευνητές του UCC Ανακαλύπτουν Πιθανό Κλειδί για το Μέλλον της Κβαντικής Υπολογιστικής

Σε μια σημαντική εξέλιξη για το μέλλον της κβαντικής υπολογιστικής, ερευνητές στο εργαστήριο Macroscopic Quantum Matter Group του Πανεπιστημίου του Κορκ (UCC) έχουν κάνει μια πρωτοποριακή ανακάλυψη χρησιμοποιώντας ένα από τα πιο शकτικά κβαντικά μικροσκόπια του κόσμου. Η ομάδα έχει αναγνωρίσει μια χωρικά modulating υπερ αγώγιμη κατάσταση σε einen νέο και ασυνήθιστο υπερ αγώγιμο, το Ουράνιο Ditelluride (UTe2), το οποίο θα μπορούσε να αντιμετωπίσει μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της κβαντικής υπολογιστικής.

Η Δύναμη των Υπερ αγωγών

Οι υπερ αγώγεις είναι υλικά που επιτρέπουν την ροή της ηλεκτρικής ενέργειας με μηδενική αντίσταση, που σημαίνει ότι δεν διασκορπίζουν ενέργεια παρά την μεταφορά ενός μεγάλου ρεύματος. Αυτό είναι δυνατό επειδή, αντί για ατομικά ηλεκτρόνια που κινούνται μέσω του μετάλλου, ζεύγη ηλεκτρονίων συνδέονται για να σχηματίσουν ένα μακροσκοπικό κβαντικό υγρό.
Ο βασικός συγγραφέας του άρθρου, Joe Carroll, ένας ερευνητής PhD που εργάζεται με τον καθηγητή του UCC, Séamus Davis, εξηγεί, “Αυτό που βρήκε η ομάδα μας ήταν ότι κάποια από τα ζεύγη ηλεκτρονίων σχηματίζουν μια νέα κρυσταλλική δομή εντός αυτού του υποβάθρου υγρού. Αυτού του είδους οι καταστάσεις ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά από την ομάδα μας το 2016 και τώρα ονομάζονται Electron Pair-Density Waves. Αυτές οι Πυκνότητα Κυμάτων Ζευγών Ηλεκτρονίων είναι μια νέα μορφή υπερ αγώγιμου υλικού, των ιδιοτήτων των οποίων ακόμη ανακαλύπτουμε.”

Ένας Νέος Τύπος Υπερ αγωγής

Αυτό που κάνει το UTe2 ιδιαίτερα ενθουσιώδες είναι ότι φαίνεται να είναι ένας νέος τύπος υπερ αγωγής. Τα ζεύγη ηλεκτρονίων στο UTe2 φαίνεται να έχουν εγγενή γωνιακή ορμή. Αν αυτό είναι αλήθεια, τότε η ομάδα του UCC έχει ανιχνεύσει το πρώτο Pair-Density Wave που αποτελείται από αυτά τα εξωτικά ζεύγη ηλεκτρονίων.
Ο Carroll επεξηγεί, “Αυτό που είναι ιδιαίτερα ενθουσιώδες για εμάς και την ευρύτερη κοινότητα είναι ότι το UTe2 φαίνεται να είναι ένας νέος τύπος υπερ αγωγής. Οι φυσικοί έχουν ψάξει για ένα υλικό σαν αυτό για σχεδόν 40 χρόνια.”

Επιπτώσεις για την Κβαντική Υπολογιστική

Οι κβαντικοί υπολογιστές βασίζονται σε κβαντικά bits ή qubits για την αποθήκευση και την επεξεργασία πληροφοριών. Ωστόσο, η κβαντική κατάσταση αυτών των qubits καταστρέφεται εύκολα, περιορίζοντας την εφαρμογή των κβαντικών υπολογιστών.

Το UTe2, ωστόσο, είναι ένας ειδικός τύπος υπερ αγωγής που θα μπορούσε να έχει τεράστιες επιπτώσεις για την κβαντική υπολογιστική. Θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως βάση για την τοπολογική κβαντική υπολογιστική, όπου δεν υπάρχει όριο στην διάρκεια ζωής του qubit κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας. Αυτό θα μπορούσε να ανοίξει πολλούς νέους δρόμους για πιο σταθερούς και χρήσιμους κβαντικούς υπολογιστές.

Ο Carroll εξηγεί, “Υπάρχουν ενδείξεις ότι το UTe2 είναι ένας ειδικός τύπος υπερ αγωγής που θα μπορούσε να έχει τεράστιες επιπτώσεις για την κβαντική υπολογιστική… Σε τέτοια υλικά δεν υπάρχει όριο στην διάρκεια ζωής του qubit κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας, ανοίγοντας πολλούς νέους δρόμους για πιο σταθερούς και χρήσιμους κβαντικούς υπολογιστές.”

Η ανακάλυψη της ομάδας του UCC παρέχει ένα άλλο κομμάτι του παζλ του UTe2. Η κατανόηση των θεμελιωδών υπερ αγωγικών ιδιοτήτων των υλικών όπως το UTe2 είναι κρίσιμη για την ανάπτυξη πρακτικών κβαντικών υπολογιστών. Ο Carroll συμπεραίνει, “Αυτό που ανακαλύψαμε τότε παρέχει ένα άλλο κομμάτι του παζλ του UTe2. Για να δημιουργήσουμε εφαρμογές χρησιμοποιώντας υλικά σαν αυτό, πρέπει να κατανοήσουμε τις θεμελιώδεις υπερ αγωγικές ιδιότητες. Όλη η σύγχρονη επιστήμη κινείται βήμα προς βήμα. Είμαστε ενθουσιασμένοι που συμβάλαμε στην κατανόηση ενός υλικού που θα μπορούσε να μας φέρει πιο κοντά σε πολύ πιο πρακτικούς κβαντικούς υπολογιστές.”