Fizicienii au creat un supraconductor protejat la interferenţa cuantică

Foto: Shutterstock / Universitatea Aalto - Finlanda

Datorită acestei protecţii, va fi posibilă depăşirea obstacolului care se află în calea dezvoltării calculatoarelor cuantice supraconductoare.

Fizicienii finlandezi au dezvoltat un material supraconductor care este ideal pentru crearea unităţilor de execuţie ale computerelor cuantice şi ale celulelor lor de memorie, datorită faptului că sursele de zgomot cuantic apar foarte rar în interiorul acestuia. Rezultatele cercetării au fost publicate în revista ştiinţifică Nature Physics .

"Erorile în funcţionarea unui computer cuantic apar chiar dacă într-un supraconductor apare doar o cvasiparticulă la un miliard de purtători de sarcină. O astfel de interferenţă impune restricţii serioase asupra duratei de viaţă a qubiţilor şi a performanţei acestora", a spus Elsa Mannila, unul dintre autorii studiului. şi cercetător la Universitatea Aalto (Finlanda).

Supraconductorii rămân unul dintre cele mai populare materiale pentru crearea de qubiţi - analogii cuantici ai biţilor. Acest lucru se datorează faptului că un lanţ de material supraconductor poate fi uşor făcut să se comporte ca un analog artificial al unui atom. Unul dintre cele mai mari şi mai productive computere cuantice din timpul nostru, maşina Sycamore de la Google se bazează pe circuite supraconductoare.
Dar, unul dintre principalele obstacole în calea dezvoltării ulterioare a unor astfel de computere este că interferenţele apar inevitabil în interiorul lor. Sursa lor este reprezentată de cvasiparticulele care apar ca urmare a dezintegrarii perechilor de electroni responsabili de transferul de curent fără rezistenţă.
Problema este că oamenii de ştiinţă încă nu înţeleg pe deplin ce cauzează apariţia acestor cvasiparticule şi cum poate fi încetinit sau prevenit respectivul proces.

Fizicienii finlandezi au făcut un pas mare spre elucidarea mecanismului de creare a acestor interferenţe cuantice, ceea ce le-a permis să creeze un supraconductor în care cvasiparticulele nu apar timp de mai multe minute. Pentru a face acest lucru, oamenii de ştiinţă au creat un dispozitiv pentru a urmări divizarea perechilor de electroni. Cu ajutorul acestuia, ei au studiat cum apar cvasiparticulele într-un supraconductor bazat pe aluminiu ultrapur. Fizicienii au descoperit că acest proces poate fi observat prin ataşarea unui strat subţire de izolator la o bucată de supraconductor şi aplicarea unui nanofir de cupru deasupra acestuia. Acesta serveşte ca un fel de „paratrăsnet”, unde aproape toate cvasiparticulele care apar în interiorul supraconductorului cad.

Primele experimente cu acest dispozitiv au arătat că sursele de interferenţă au apărut în interiorul supraconductorului nu în mod constant, ci cu întreruperi lungi. În plus, numărul mediu de cvasiparticule a variat foarte mult în diferite perioade de timp. Acest lucru indică faptul că sursa lor sunt unele procese şi fenomene externe, şi nu unele impurităţi şi defecte în structura materialului supraconductor.

Fizicienii speră că, prin experienţe ulterioare, va fi posibil să înveţe mai multe despre natura acestui generator de zgomot cuantic şi să înţeleagă cum cvasiparticulele generate de acesta pot fi îndepărtate, precum şi cum ar putea fi prevenită apariţia lor. Acest lucru va simplifica în mod semnificativ dezvoltarea computerelor cuantice şi va creşte viteza lor de lucru, au concluzionat oamenii de ştiinţă finlandezi.