Дослідники розробили новий надпровідник на основі германію, матеріалу, який уже широко використовується в обчислювальній індустрії, потенційно відкривши значний прогрес у квантових комп’ютерних технологіях. Цей прорив вирішує критичну проблему в квантових обчисленнях: потребу в матеріалах, які є водночас надпровідними та можуть бути легко інтегровані в існуючі процеси виробництва мікросхем.
Що таке надпровідність і чому вона важлива?
Надпровідники – це матеріали, які можуть проводити електрику з нульовим опором. Ця властивість надзвичайно цінна для будь-якого електричного пристрою, оскільки виключає втрати енергії через тепло. Надпровідники, що особливо важливо для квантових обчислень, також підтримують квантову когерентність, явище, необхідне для маніпулювання та зберігання квантової інформації.
Проблема інтеграції надпровідників у комп’ютерну техніку
Попередні надпровідники, хоча й ефективні, часто виготовлялися з незвичайних і складних для обробки матеріалів. Це створило значну перешкоду для їх включення в практичні обчислювальні пристрої, особливо квантові комп’ютери, які вимагають складної схеми.
Новий підхід: легований галієм германій
Пітер Джейкобсон з Університету Квінсленда (Австралія) і його команда створили германієвий надпровідник, додавши в матеріал галій за допомогою процесу, який називається допінг. На відміну від попередніх спроб використання подібних комбінацій, які виявилися нестабільними, команда Якобсона використовувала рентгенівське опромінення, щоб змусити більш рівномірний розподіл галію в плівці германію. Це призвело до формування стійких, структурованих форм.
Вимоги до наднизьких температур і ландшафт квантових обчислень
Важливо відзначити, що цей новий надпровідник, як і існуючі, не працює при кімнатній температурі. Для його функціонування потрібні надзвичайно низькі температури, зокрема 3,5 Кельвіна (-270°C/-453°F). Хоча це виключає його використання в звичайних споживчих пристроях, Девід Кардуелл з Кембриджського університету припускає, що це ідеальне рішення для квантових обчислень, які вже потребують наднизьких температур.
«Це може революціонізувати квантову технологію», — каже Кардвелл. «Це дає абсолютно новий рівень функціональності, тому що ви вже маєте дуже холодне середовище». Це було б, я думаю, очевидною відправною точкою».
Подолання проблеми дефектів кристалічної структури
Попередні спроби поєднати надпровідники з напівпровідниками (ключовими компонентами обчислювальних пристроїв) призвели до дефектів у кристалічній структурі, що стало серйозною перешкодою для практичного застосування. Ці дефекти призводять до поглинання сигналу та заважають точним квантовим операціям.
«Безлад — це насправді паразитичний ефект у квантових технологіях», — пояснює Джейкобсон. «Це спричиняє поглинання ваших сигналів».
Уніфікована кристалічна структура для збільшення функціональності
Новий легований галієм надпровідник вирішує цю проблему, дозволяючи шарам цього матеріалу та шарам кремнію (ще одного поширеного напівпровідника) розташовуватися безпосередньо один на одному без порушення кристалічної структури. Це відкриває шлях до виробництва інтегрованих мікросхем, які використовують унікальні переваги як напівпровідників, так і надпровідників. Ці комбіновані чіпи мають потенціал для значного підвищення ефективності та надійності квантових комп’ютерів.
На завершення, створення стабільного, легко виготовленого германієвого надпровідника є значним кроком вперед для квантових обчислень. Вирішуючи проблеми, пов’язані з інтеграцією матеріалів і дефектами кристалічної структури, ця інновація відкриває двері для більш потужних і надійних квантових технологій.
