Quantumcomputers met de mogelijkheid om complexe berekeningen uit te voeren, gegevens veiliger versleutelen en sneller de verspreiding van virussen voorspellen, mogelijk binnen handbereik dankzij een nieuwe ontdekking door Johns Hopkins-onderzoekers.

"We hebben ontdekt dat een bepaald supergeleidend materiaal speciale eigenschappen heeft die de bouwstenen kunnen zijn voor de technologie van de toekomst, " zegt Yufan Li, een postdoctoraal fellow bij de afdeling Natuur- en Sterrenkunde aan de Johns Hopkins University en de eerste auteur van het artikel.

De bevindingen worden op 11 oktober gepubliceerd in Wetenschap .

De computers van tegenwoordig gebruiken bits, weergegeven door een elektrische spanning of stroompuls, informatie op te slaan. Bits bestaan ​​in twee toestanden, ofwel "0" of "1." Kwantumcomputers, gebaseerd op de wetten van de kwantummechanica, gebruik kwantumbits, of qubits, die niet alleen twee toestanden gebruiken, maar een superpositie van twee staten.

Dit vermogen om dergelijke qubits te gebruiken, maakt kwantumcomputers veel krachtiger dan bestaande computers bij het oplossen van bepaalde soorten problemen, zoals die met betrekking tot kunstmatige intelligentie, Drug ontwikkeling, cryptografie, financiële modellen en weersvoorspellingen.

Een beroemd voorbeeld van qubit is de kat van Schrödinger, een hypothetische kat die tegelijkertijd dood en levend kan zijn.

"Een meer realistische, tastbare implementatie van qubit kan een ring zijn van supergeleidend materiaal, bekend als fluxqubit, waar twee toestanden met rechts- en linksdraaiende elektrische stromen gelijktijdig kunnen bestaan, " zegt Chia-Ling Chien, Professor in de natuurkunde aan de Johns Hopkins University en een andere auteur op het papier. Om tussen twee staten te bestaan, qubits die traditionele supergeleiders gebruiken, vereisen dat op elke qubit een zeer nauwkeurig extern magnetisch veld wordt aangelegd, waardoor ze moeilijk praktisch te bedienen zijn.

In de nieuwe studie Li en collega's ontdekten dat een ring van β-Bi ₂ Pd bestaat van nature al tussen twee toestanden in de afwezigheid van een extern magnetisch veld. Stroom kan inherent zowel met de klok mee als tegen de klok in circuleren, tegelijkertijd, door een ring van β-Bi ₂ Pd.

Voegt Li toe:"Een ring van β-Bi ₂ Pd bestaat al in de ideale staat en vereist geen extra aanpassingen om te werken. Dit kan een gamechanger zijn."

De volgende stap, zegt Li, is om te zoeken naar Majorana-fermionen binnen β-Bi ₂ pd; Majorana-fermionen zijn deeltjes die ook zelf antideeltjes zijn en nodig zijn voor het volgende niveau van storingsbestendige kwantumcomputers:topologische kwantumcomputers.

Majorana-fermionen zijn afhankelijk van een speciaal type supergeleidend materiaal - een zogenaamde spin-triplet-supergeleider met twee elektronen in elk paar die hun spins op een parallelle manier uitlijnen - dat tot nu toe ongrijpbaar was voor wetenschappers. Nutsvoorzieningen, door een reeks experimenten, Li en collega's ontdekten dat dunne films van β-Bi ₂ Pd heeft de speciale eigenschappen die nodig zijn voor de toekomst van quantum computing.

Wetenschappers moeten de intrinsieke spin-triplet-supergeleider nog ontdekken die nodig is om kwantumcomputing vooruit te helpen, maar Li heeft goede hoop dat de ontdekking van β-Bi ₂ de speciale eigenschappen van Pd, zal vervolgens leiden tot het vinden van Majorana-fermionen in het materiaal.

"Uiteindelijk, het doel is om Majorana-fermionen te vinden en vervolgens te manipuleren, wat essentieel is voor het bereiken van fouttolerante kwantumcomputers om de kracht van de kwantummechanica echt te ontketenen, " zegt Li.