Kvantni preskok: raziskovalci UCC odkrivajo potencialni ključ do prihodnosti kvantnega računalništva

V pomembnem razvoju za prihodnost kvantnega računalništva so raziskovalci v laboratoriju Macroscopic Quantum Matter Group na University College Cork (UCC) naredili prelomno odkritje z uporabo enega najmočnejših kvantnih mikroskopov na svetu. Ekipa je identificirala prostorsko modulirano superprevodno stanje v novem in nenavadnem superprevodniku, uranovem diteluridu (UTe2), ki bi lahko obravnaval enega največjih izzivov kvantnega računalništva.

Moč superprevodnikov

Superprevodniki so materiali, ki omogočajo pretok električne energije brez upora, kar pomeni, da ne oddajajo nobene energije, čeprav prenašajo velik tok. To je mogoče, ker se namesto posameznih elektronov, ki se gibljejo skozi kovino, pari elektronov vežejo skupaj in tvorijo makroskopsko kvantno mehansko tekočino.

Glavni avtor knjige papirja, Joe Carroll, doktorski raziskovalec, ki sodeluje s profesorjem kvantne fizike UCC Séamusom Davisom, pojasnjuje: »Naša ekipa je ugotovila, da nekateri elektronski pari tvorijo novo kristalno strukturo, vdelano v to tekočino v ozadju. Te vrste stanj je naša skupina prvič odkrila leta 2016 in se zdaj imenujejo valovi gostote elektronskih parov. Ti valovi gostote parov so nova oblika superprevodne snovi, katere lastnosti še odkrivamo.«

Nova vrsta superprevodnika

Zaradi česar je UTe2 še posebej vznemirljiv, je to, da se zdi nova vrsta superprevodnika. Zdi se, da imajo pari elektronov v UTe2 intrinzični kotni moment. Če je to res, potem je ekipa UCC zaznala prvi val gostote parov, sestavljen iz teh eksotičnih parov elektronov.

Carroll pojasnjuje: »Za nas in širšo skupnost je še posebej vznemirljivo to, da se zdi, da je UTe2 nova vrsta superprevodnika. Fiziki že skoraj 40 let iščejo podoben material.«

Posledice za kvantno računalništvo

Kvantni računalniki se zanašajo na kvantne bite ali kubite za shranjevanje in manipulacijo informacij. Vendar pa se kvantno stanje teh kubitov zlahka uniči, kar omejuje uporabo kvantnih računalnikov.

UTe2 pa je posebna vrsta superprevodnika, ki bi lahko imel velike posledice za kvantno računalništvo. Potencialno bi ga lahko uporabili kot osnovo za topološko kvantno računalništvo, kjer ni omejitev glede življenjske dobe kubita med računanjem. To bi lahko odprlo veliko novih poti za bolj stabilne in uporabne kvantne računalnike.

Carroll pojasnjuje: »Obstajajo znaki, da je UTe2 posebna vrsta superprevodnika, ki bi lahko imel ogromne posledice za kvantno računalništvo ... V takšnih materialih ni omejitev glede življenjske dobe kubita med računanjem, kar odpira veliko novih načinov za bolj stabilen in uporaben kvant računalniki."

Odkritje ekipe UCC je še en delček sestavljanke UTe2. Razumevanje temeljnih superprevodnih lastnosti materialov, kot je UTe2, je ključnega pomena za razvoj praktičnih kvantnih računalnikov. Carroll zaključuje: »Kar smo odkrili, je še en košček sestavljanke UTe2. Za izdelavo aplikacij z uporabo takšnih materialov moramo razumeti njihove temeljne superprevodne lastnosti. Vsa moderna znanost gre korak za korakom. Veseli nas, da smo prispevali k razumevanju materiala, ki bi nas lahko približal veliko bolj praktičnim kvantnim računalnikom.«