Výzkumníci vyvinuli nový supravodič na bázi germania, což je materiál, který se již široce používá v počítačovém průmyslu a který potenciálně představuje významný pokrok v technologii kvantových počítačů. Tento průlom řeší kritický problém v kvantovém počítání: potřebu materiálů, které jsou jak supravodivé, tak mohou být bezproblémově integrovány do stávajících procesů výroby čipů.
Co je supravodivost a proč je důležitá?
Supravodiče jsou materiály, které mohou vést elektřinu s nulovým odporem. Tato vlastnost je mimořádně cenná pro každé elektrické zařízení, protože eliminuje energetické ztráty způsobené teplem. Zvláště důležité pro kvantové výpočty, supravodiče také podporují kvantovou koherenci, jev nezbytný pro manipulaci a ukládání kvantové informace.
Problém integrace supravodičů do výpočetní techniky
Předchozí supravodiče, přestože byly účinné, byly často vyrobeny z neobvyklých a obtížně zpracovatelných materiálů. To vytvořilo významnou překážku pro jejich začlenění do praktických výpočetních zařízení, zejména kvantových počítačů, které vyžadují složité obvody.
Nový přístup: germanium dopované galliem
Peter Jacobson z University of Queensland (Austrálie) a jeho tým vytvořili germaniový supravodič zavedením gallia do materiálu prostřednictvím procesu zvaného doping. Na rozdíl od předchozích pokusů používajících podobné kombinace, které se ukázaly být nestabilní, Jacobsonův tým použil rentgenové záření k vynucení rovnoměrnější distribuce gallia v germaniovém filmu. To vedlo k vytvoření stabilních strukturovaných forem.
Požadavky na extrémně nízké teploty a prostředí kvantových počítačů
Je důležité si uvědomit, že tento nový supravodič, stejně jako stávající, nefunguje při pokojové teplotě. Ke svému fungování vyžaduje extrémně nízké teploty – konkrétně 3,5 Kelvina (-270°C/-453°F). I když to vylučuje jeho použití v běžných spotřebitelských zařízeních, David Cardwell z University of Cambridge naznačuje, že jde o ideální řešení pro kvantové výpočty, které již vyžadují ultra nízké teploty.
„To by mohlo způsobit revoluci v kvantové technologii,“ říká Cardwell. “Dává to zcela novou úroveň funkčnosti, protože už máte velmi chladné prostředí.” To by byl, myslím, jasný výchozí bod.”
Překonání problému poruch krystalové struktury
Předchozí pokusy kombinovat supravodiče s polovodiči (klíčové součásti výpočetních zařízení) vedly k defektům v krystalové struktuře – vážnou překážku praktických aplikací. Tyto defekty vedou k absorpci signálu a narušují přesné kvantové operace.
„Nepořádek je skutečně parazitický efekt v kvantových technologiích,“ vysvětluje Jacobson. “To způsobí, že vaše signály jsou absorbovány.”
Jednotná krystalová struktura pro zvýšenou funkčnost
Nový supravodič dotovaný galliem tento problém řeší tím, že umožňuje vrstvám tohoto materiálu a vrstvám křemíku (další běžný polovodič) sedět přímo na sobě bez narušení krystalové struktury. To otevírá cestu pro výrobu integrovaných čipů, které využívají jedinečných výhod jak polovodičů, tak supravodičů. Tyto kombinované čipy mají potenciál výrazně zlepšit efektivitu a spolehlivost kvantových počítačů.
Závěrem lze říci, že vytvoření stabilního, snadno vyrobitelného germaniového supravodiče představuje významný krok vpřed pro kvantové výpočty. Řešením výzev spojených s integrací materiálů a defekty krystalové struktury tato inovace otevírá dveře výkonnějším a spolehlivějším kvantovým technologiím.
