Een stap dichter bij kwantumcomputers

Een stap dichter bij kwantumcomputers

Anonim

van CORDIS

Image

EU-onderzoekers hebben nieuwe manieren ontwikkeld om qubits te produceren die hun efficiëntie verhogen, waardoor de wereld mogelijk een stap dichter bij de 'heilige graal' van supercomputing komt.

Computers op basis van kwantumbits (qubits) in plaats van op standaardbits kunnen berekeningen uitvoeren met een exponentieel hogere snelheid dan die van standaardcomputers. Quantumcomputers stellen onbeperkte toepassingen open voor complexe numerieke berekeningen - denk aan het enorme verschil in mogelijkheden tussen een rekenmachine en een computer in termen van snel uitgevoerde repetitieve berekeningen.

De kracht van qubits ligt in hun vermogen om in meer dan één staat tegelijkertijd te bestaan ​​- niet meer '0' of '1', nu is '0 en 1' ook een mogelijkheid. Een interferentiefenomeen dat decoherentie wordt genoemd, is echter een belangrijk struikelblok gebleken voor de prestaties die nodig zijn voor kwantumberekening. Decoherentie verwijst naar willekeurige veranderingen in kwantumtoestanden, een instabiliteit die leidt tot informatieverlies.

Het belangrijkste probleem bij het omgaan met qubits is dus decoherentie. Een aantal ontwerpen voor qubits zijn gebaseerd op het zogenaamde Josephson-effect in lage kritische temperatuur (Tc) supergeleiders (LTS's), waarbij de kritische temperatuur die is waarbij een materiaal supergeleidend wordt.

Het Josephson-effect, het vermogen van elektronen om door zeer dunne niet-geleidende gebieden te 'tunnelen' in afwezigheid van een toegepaste externe spanning, komt waarschijnlijk voort uit onsamenhangende elektronen in de twee supergeleiders gescheiden door dat gebied. Het systeem van twee halfgeleiders en de typisch niet-geleidende ruimte ertussen is de Josephson junction (JJ).

Europese onderzoekers ondersteund door de financiering van het HYBMQC-project proberen de haalbaarheid aan te tonen van het ontwerpen van hoogwaardige qubits, deels gebaseerd op het Josephson-effect in hoge Tc-supergeleiders (HTS's) voor intrinsieke kwantumbescherming tegen decoherentie.

Wetenschappers hebben talloze experimenten uitgevoerd waarbij LTS en HTS JJ's werden vergeleken. Ze concentreerden zich op alternatieven voor de conventionele niobium (Nb) kruispunten, waaronder niobium nitride (NbN).

Deze knooppunten werden gekenmerkt door matig gedempte regimes (MDR's), met demping die macroscopische kwantumtunneling bij lagere temperaturen kan ondersteunen in vergelijking met conventionele JJ's.

HTS JJ's bleken vergelijkbare functionaliteiten te bieden als LTS JJ's met meer flexibiliteit. Vooruitgang in de controle van HTS JJ's leidde tot het ontwerp van een HTS-kwantuminterferentie-apparaat (rf-SQUID) en de impuls voor een nieuw hybride ontwerp en fabricage waarin indiumarsenide (InAs) nanodraden zijn geïntegreerd.

De efficiëntie van de qubits geproduceerd door het HYBMQC-projectteam met behulp van klassieke knooppuntplatforms maakt de weg vrij voor uitbreiding naar nieuwe materialen met mogelijk nieuwe functies.