Физици направиха от свръхпроводник „котка на Шрьодингер” за квантови компютри
Физици са разработили нов перспективен тип кюбити от свръхпроводящ материал. Това постижение ни приближава до ерата на квантовите изчисления. Изследването е проведено от екип, начело с професор Чиа-Линг Чен от Университета Джон Хопкинс. Подробна информация за откритието е публикувана в списанието Science.
Известно е, че единицата за съхраняване в досегашните компютри е бит, който може да има две значения – 1 и 0. Но съгласно законите на квантовата механика има и други варианти. Квантовата система може да се намира в тези две състояния , но тя може да се намира и в суперпозиция („смес”) от тези състояния. За пример служи знаменитата котка на Шрьодингер, която се намира в черната кутия в състояние на суперпозиция на състоянията „жива” и „мъртва”. Квантовата суперпозиция няма аналог в нашия обичаен живот, затова е трудно да си я представим. Физиците описват това явление с помощта на средствата на висшата математика и потвърждават съществуването му с многочислени експерименти.
Благодарение на това, че квантовата система може да се намира не само в двете състояния 0 и 1, но и в техните суперпозиции, тя може да съхранява повече информация. Това вече не е бит, а квантов бит или кюбит. Компютърът, който използва вместо битове кюбити се нарича квантов компютър.
Физически кюбит може да бъде реализиран по най- различен начин. Например, в качеството на кюбит може да се използва отделен атом, но решението не е практично, защото атомите са прекалено малки.
Потенциално квантовите компютри притежават огромна изчислителна мощ в сравнение с обичайните компютри. Техното внедряване би могло да се превърне в революционно събитие за човешката история. Изключително тежките и сложни изчисления, като например създаването на аеродинамични модели или търсене на молекули за нови лекарства, ще се ускорят неимоверно. Наскоро се прокрадна съобщение (появи се на сайта на НАСА и след това бе свалено), че Google са постигнали „квантово” превъзходство като с квантов чип от 54 кюбита са пресметнали определена задача 1 милиард пъти по-бързо отколкото със сегашен суперкомпютър.
Но за действителното практическо внедряване на квантови компютри трябва да бъдат решени многочислени технологични проблеми. В частност, трябва да се разработят кюбити, удобни за масово производство и заедно с това надеждно работещи компютри.
„Реалистична реализация на кюбит може да бъде пръстен от свръхпроводим материал, известен като потоков кюбит. В него едновременно могат да съществуват две състояния, с електрически ток, протичащ по посока на часовниковата стрелка и против часовниковата стрелка” – обяснява проф. Чиа-Лин чян.

Източник: John Hopkins University
Но за да се направи подобен кюбит от традиционен свръхпроводник трябва към него да се приложи много точно подбрано магнитно поле. В реална изчислителна система, съдържаща хиляди или милиони кюбити, такава точна настройка за всеки кюбит е невъзможна.
Авторите на новото изследване са открили свръхпроводник, пръстенът от който се превръща в потоков кюбит без външно магнитно поле. Това е съединение между бисмут и паладий – β-Bi₂Pd.
“Пръстенът от β-Bi₂Pd вече съществува в идеално състояние и не изисква каквито и да е допълнителни модификации за да се използва – казва Юфан Ли (Yufan Li), участник в екипа от Университета Джон Хопкинс – Това може да промени правилата на играта”.
Сега физиците се надяват да намерят в този материал определени квазичастици, така наречените майорановски фермиони , които ще помогнат за разработването на отказоустойчиви кюбити от следващо поколение. По косвени признаци, тях действително ги има в свръхпроводника β-Bi₂Pd.