Kvant texnologiyasining eng katta muammosi

Keling, kvant texnologiyasi nega amalda ishlatishda shunchalik qiyin bo'lib qolayotgani haqida gaplashaylik.

Siz kvant kompyuterlari haqida eshitgansiz — ularning sog'liqni saqlashdan tortib moliyaga qadar hamma narsani o'zgartirishi aytiladi. Lekin bir muammo bor: biz topgan deyarli barcha kvant materiallari faqat juda past haroratda ishlaydi. Mutlaq nolga yaqin darajada sovuq.

Oddiy haroratlarda atomlar doimiy harakatda bo'ladi. Bu tebranishlar tadqiqotchilar foydalanmoqchi bo'lgan nozik kvant effektlarini buzadi. Tasavvur qiling — diskoteka ichida kutubxonada o'qiyapsiz. Bunday sharoitda diqqatni jamlash deyarli mumkin emas.

Eski yechim? Devorlardan katta muzlatgichlar qurish. Laboratoriyada zo'r ishlaydi. Lekin kvant kompyuterini ma'lumotlar markaziga yoki kvant datchigini samolyotga o'rnatmoqchi bo'lsangiz — bu boshqa masala.

O'z materiallarini yaratgan jamoa

Mana bu yerda men yoqtirgan qismi: LSU (Luyiziana shtati universiteti) tadqiqotchilari tabiatda kerakli materialni izlash o'rniga uni o'zlari yaratishga qaror qildilar.

Docent Omar S. Magaña-Loaiza boshchiligidagi jamoa o'ziga xos usul qo'lladi. Ular shisha chip ustiga yupqa oltin qatlami joylashtirdilar va keyin ion nurlari yordamida yuzlab mayda tirqishlar kesib chiqardilar. Har bir tirqish sun'iy atom vazifasini bajaradi.

Bu sun'iy atomlar birga tabiatda uchramaydigan narsani — bizning sayyoramizda hech qachon mavjud bo'lmagan kristallni yaratadi. Eng qiziqarlisi: butun tuzilma inson sochidan ham ingichka.

Yorug'lik chipga tushganda, u oltin sirt bo'ylab harakatlanadi va muhandislashtirilgan strukturaga ta'sir qiladi. Sun'iy atomlarning o'lchami, shakli va oralig'ini aniq sozlash orqali tadqiqotchilar materialning yorug'likka munosabatini to'liq nazorat qila oldilar.

Yorug'likni saralashning sirli dunyosi

Mana endi chindan ham qiziqarli qismi boshlanadi.

Kvant darajasida yorug'lik bir xil emas. Quyosh nuri, lazer va lyuminestsent yorug'liklar barchasi fotonlardan tashkil topgan, lekin ular turli xil tebranishlar va o'zaro ta'sirlarga ega. An'anaviy usullar bilan bu farqlarni aniqlash uchun juda murakkab asboblar, muzlatilgan detektorlar va millionlab o'lchovlar kerak bo'lardi.

Yangi metakristall esa bu isohni avtomatik bajara oladi. U tushayotgan yorug'likdagi nozik kvant farqlarini sezadi va turli kvant holatlarini kristall ichidagi alohida yo'llar bo'ylab yo'naltiradi.

"Agar biz plasmonik metakristaldagi sun'iy atomlarning taqsimotini muhandislashtirsak, qaysi kvant statistikalarini struktura orqali o'tkazish mumkinligini tartibga solishimiz mumkin," dedi Riley B. Dawkins — kristallni yaratishda yordam bergan yaqinda himoya qilgan falsafa doktori. "Bizning kristallimiz aslida kvant holatlari ustida statistik filtr vazifasini bajaradi."

Professor Magaña-Loaiza buni "mustahkam transport" deb ataydi. Kristall turli kvant holatlarini farqlay oladi va ularni bir nuqtadan ikkinchisiga, asosiy xususiyatlarini yo'qotmasdan, muzlatishsiz o'tkaza oladi.

Bu nima uchun muhim (juda muhim)

Keling, bu nimani anglatadi.

Hozirgi kungacha kvant kompyuterlar mavjud, lekin ular asosan ilmiy asboblardir, amaliy qurilmalar emas. Ularga murakkab sovutish tizimlari, sinchkovlik bilan parvarish qilish va maxsus mutaxassislar kerak. Noutbukni ishlatish uchun butun muhandislar guruhini yollashga o'xshaydi.

Agar kvant materiallari xona haroratida ishlasa, hamma narsa o'zgaradi. Kvant kompyuterlari kengroq ommaga yetib boradi. Kunlik foydalanish uchun maxfiy aloqa tizimlari amalga oshadi. Ilg'or kvant datchiklarni laboratoriyalardan tashqarida — maydonda ishlatish mumkin bo'ladi.

Tadqiqotchilar shuningdek, boshqa olimlar butunlay yangi kvant material oilalarini yaratish uchun foydalanishi mumkin bo'lgan keng dizayn strategiyasini ishlab chiqdilar. Bu bitta yutuq emas — bu ko'plab yangi kashfiyotlar uchun xarita.

Jamoaning sobiq postdoktorantu a'zosi Chenglong You (hozir Xitoyda o'qituvchi) o'ziga xos dizaynning nazariya to'liq mos kelganini tasvirlab berdi: "Loyiha eng qiziqarli qismlaridan biri shu edi — biz tabiatning o'zi taqdim etmaydigan nima qiladigan material yaratishimiz mumkinligini angladik. Barchasi biz kutgandek aniq ishlashini ko'rganda, bu juda qoniqarli edi."

Kengroq manzara

Mening fikrim: biz kvant texnologiyasiga doimiy nazorat ostida gullaydigan nozik gul sifatida qarayapmiz. Bu tadqiqot esa bizga uni ko'proq bardoshli qilish mumkinligini ko'rsatmoqda.

Kvant kelajagi muzlashi shart emas. Va bu haqda o'ylash o'zi juda qiziq.

Manba: ScienceDaily