Kvantisaskel: UCC:n tutkijat löysivät mahdollisen avaimen kvanttilaskennan tulevaisuuteen

Kvanttilaskennan tulevaisuuden kannalta merkittävässä kehityksessä University College Corkin (UCC) Macroscopic Quantum Matter Group -laboratorion tutkijat ovat tehneet uraauurtavan löydön yhden maailman voimakkaimmista kvanttimikroskoopista käyttämällä. Tutkijaryhmä on tunnistanut Uranium Ditelluride (UTe2) -suprajohdeaineessa paikallisesti moduloivan suprajohdeolotilan, joka voisi mahdollisesti ratkaista yhden kvanttilaskennan suurimmista haasteista.

Suprajohdeiden voima

Suprajohdeaineet ovat materiaaleja, jotka sallivat sähkön virtaamisen nollaresistanssilla, mikä tarkoittaa, että ne eivät häviä energiaa suuren virran kuljettamisesta. Tämä on mahdollista, koska yksittäiset elektronit eivät liiku metalleissa, vaan elektronipareja muodostuu makroskooppiseksi kvanttimekaaniseksi nesteeksi.

Joe Carroll, joka on tutkimuksen pääkirjoittaja ja työskentelee UCC:n kvanttifysiikan professori Séamus Davisin kanssa, selittää: “Meidän ryhmämme löysi, että jotkut elektronipareista muodostavat uuden kiteisen rakenteen tämän taustanesteessä. Tällaiset tilat löydettiin ensimmäisen kerran ryhmältämme vuonna 2016 ja nyt ne kutsutaan Elektronipari-Tiheysaalloiksi. Nämä Parin Tiheysaallot ovat uusi muoto suprajohdeaineesta, jonka ominaisuuksia olemme edelleen löytämässä.”

Uusi suprajohdeaine

Mitä UTe2:ta tekee erityisen mielenkiintoiseksi, on se, että se näyttää olevan uudenlainen suprajohdeaine. UTe2:n elektronipareilla näyttää olevan sisäinen kulmanimpulssi. Jos tämä on totta, niin UCC-ryhmä on havainnut ensimmäisen Parin Tiheysaallon, joka koostuu näistä eksoottisista elektronipareista.

Carroll jatkaa: “Se, mikä on erityisen jännittävää meidän ja laajemman yhteisön kannalta, on se, että UTe2 näyttää olevan uudenlainen suprajohdeaine. Fyysikot ovat etsineet tällaista ainetta lähes 40 vuotta.”

Vaikutukset kvanttilaskentaan

Kvanttilaskimet perustuvat kvanttipiteisiin eli kvantibiteihin tietojen tallentamiseen ja manipulointiin. Kvanttipitien kvanttitila on kuitenkin helposti tuhottavissa, mikä rajoittaa kvanttilaskimien soveltamista.

UTe2 on kuitenkin erityinen suprajohdeaine, jolla voisi olla suuria seurauksia kvanttilaskennalle. Se voisi mahdollisesti toimia perustana topologiselle kvanttilaskennalle, jossa kvanttipitin elinaika laskennan aikana ei ole rajoitettu. Tämä voisi avata monia uusia tapoja kehittää vakaampia ja käyttökelpoisempia kvanttilaskimia.

Carroll selittää: “On osoitettu, että UTe2 on erityinen suprajohdeaine, jolla voisi olla suuria seurauksia kvanttilaskennalle… Tällaisissa aineissa kvanttipitin elinaika laskennan aikana ei ole rajoitettu, mikä avaa monia uusia tapoja kehittää vakaampia ja käyttökelpoisempia kvanttilaskimia.”

UCC-ryhmän löytö tarjoaa toisen palasen UTe2:n arvoitukseen. Ymmärtäminen UTe2:n kaltaisten aineiden perustavanlaatuisia suprajohdeominaisuuksia on olennaisen tärkeää kehittää käytännöllisiä kvanttilaskimia. Carroll toteaa: “Meidän löytömme tarjoaa toisen palasen UTe2:n arvoitukseen. Sovellusten kehittämiseksi tällaisilla aineilla on ymmärrettävä niiden perustavanlaatuisia suprajohdeominaisuuksia. Kaikki moderni tiede etenee askel askeleelta. Olemme iloisia voidessamme osallistua aineen ymmärtämiseen, joka voisi tuoda meidät lähemmäs paljon käytännöllisempiä kvanttilaskimia.”