Qubit-Illustration. (ESA/Harald Ritsch) Eine der größten Herausforderungen beim Erhalten Quanten-Computing Praktisches und nützliches Arbeiten hat mit der Temperatur zu tun – die Fähigkeit, eine Maschine zusammenzustellen, die keine extrem niedrigen, im Labor aufrechterhaltenen Temperaturen benötigt, um stabil genug für den Betrieb zu bleiben.
Jetzt haben Wissenschaftler eine neue Technik gefunden Qubits , die Grundbausteine von Quanten-Computing , Arbeiten bei Raumtemperatur. Damit sind wir dem Quantencomputing für die breite Masse einen großen Schritt näher gekommen.
Während die meisten Qubits bisher auf supraleitenden Materialien oder als einzelne Atome funktionieren, untersuchte das Team hier die Nutzung von Defekten in Siliziumkarbid (SiC) zur Aufnahme von Qubits – eine einfachere und kostengünstigere Möglichkeit, Qubits nach Bedarf zum Laufen zu bringen.
Obwohl SiC hat erforscht worden Als Qubit-haltiges Material bestand das Problem bisher darin, diese Qubits stabil genug zu machen, um verwendet zu werden. Die neue Forschung identifiziert die strukturellen Anpassungen, die erforderlich sind, damit die Formel funktioniert.
„Um ein Qubit zu erzeugen, wird mit Lasern ein Punktdefekt in einem Kristallgitter angeregt, und wenn ein Photon emittiert wird, beginnt dieser Defekt zu leuchten.“ sagt der Physiker Igor Abrikosov , von der Universität Linköping in Schweden.
„Es wurde zuvor nachgewiesen, dass in der Lumineszenz von SiC sechs Peaks beobachtet werden, die jeweils von PL1 bis PL6 benannt sind.“ „Wir haben herausgefunden, dass dies auf einen bestimmten Defekt zurückzuführen ist, bei dem eine einzelne verschobene Atomschicht, ein sogenannter Stapelfehler, in der Nähe zweier freier Positionen im Gitter erscheint.“
Modifikationen auf Atomebene wie diese wurden bereits ausprobiert: letztes Jahr Den Forschern gelang es, stabile Qubits in Diamantdefekten bei Raumtemperatur zum Laufen zu bringen, indem sie ein Kohlenstoffatom durch ein Stickstoffatom ersetzten.
Siliziumkarbid kommt häufiger vor und ist kostengünstiger als Diamant, was die neue Forschung zum Teil so vielversprechend macht. Bisher hat das Team diese Idee jedoch nur modelliert – möglicherweise durch tatsächliche Experimente chemische Gasphasenabscheidung , kommen noch.
Während die Forscher zugeben, dass weiterhin Herausforderungen bestehen, berichten sie auch, dass die jüngsten Entwicklungen in der 3D-Konstruktion die Aussicht auf eine solche Defektkonstruktion realisierbarer machen als je zuvor. Es wird ein langer Weg sein, aber wir sind am Ziel.
Im Gegensatz zu den binären Einsen und Nullen klassischer Rechenbits können sich Qubits in mehreren Zuständen gleichzeitig befinden, was die potenzielle Rechenleistung exponentiell erhöht und die Möglichkeit eröffnet, Probleme zu lösen, vor denen selbst heutige Supercomputer stehen.
Die Ergebnisse dieser Studie werden jedoch von Nutzen sein, lange bevor Quantencomputer den Mainstream erreichen – sie können auch auf die Entwicklung empfindlicher wissenschaftlicher Instrumente wie Magnetometer und Biosensoren angewendet werden.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturkommunikation .