Calculatoarele cuantice sunt adesea prezentate ca următoarea revoluție tehnologică, deoarece vor putea rezolva probleme complexe mult mai rapid decât calculatoarele tradiționale. Cu toate acestea, rămâne o provocare majoră: aceste mașini, sensibile la perturbații externe, precum variațiile de temperatură sau interferența electromagnetică, suferă de ceea ce se numește „decoerență”. Acest lucru îi împiedică să funcționeze în mod fiabil. Cu toate acestea, o echipă de cercetători de la Universitatea din California, Riverside, a făcut recent o descoperire, descrisă într-un articol publicat în Science Advances. Ea ar putea deschide calea pentru calculatoare cuantice mai robuste și mai fiabile: un nou material supraconductor capabil să reducă semnificativ acest fenomen. Acest material ar putea reprezenta un pas cheie în dezvoltarea unor sisteme cuantice mai puternice.
Un supraconductor este un material care încetează să mai prezinte rezistență electrică atunci când este răcit sub o anumită temperatură. Aceasta înseamnă că electronii pot să se deplaseze prin material fără nicio opoziție, un fenomen care permite transferul aproape fără pierderi de energie sau informații. Acest comportament este crucial în multe aplicații, în special pentru sistemele care necesită o conductivitate perfectă, cum ar fi magneți de mare putere sau linii de transmisie a energiei fără pierderi.
În contextul calculatoarelor cuantice, informațiile sunt procesate de unități numite „qubiți”. Spre deosebire de biții clasici care pot fi doar într-o stare de 0 sau 1, qubiții pot exista în mai multe stări simultan datorită principiilor suprapunerii și intercalării cuantice. Suprapunerea permite unui qubit să fie atât 0, cât și 1 până când este măsurat, în timp ce intercalarea permite qubiților separați să rămână conectați și să se influențeze instantaneu unul altuia, chiar și de la distanță.
Supraconductorii sunt folosiți pentru a manipula acești qubiți, deoarece capacitatea lor de a transporta informații fără rezistență este esențială pentru crearea unor stări cuantice stabile. Cu toate acestea, unul dintre principalele obstacole este că qubiții sunt foarte sensibili la interferențe externe, cum ar fi variațiile de temperatură sau câmpurile electromagnetice. Aici poate intra un material supraconductor îmbunătățit. Prin reducerea decoerenței, adică a pierderii de informații cuantice, un supraconductor mai bun ar putea face calculele mai fiabile și mai puțin supuse erorilor cauzate de mediu.
Cercetătorii de la Universitatea din California, Riverside, au dezvoltat un material supraconductor inovator combinând un material nemagnetic numit teluriu trigonal cu o peliculă de aur ultra-subțire. Telurul trigonal este un material chiral, ceea ce înseamnă că moleculele sale nu au simetrie în oglindă, o proprietate crucială în fizica cuantică. Cu alte cuvinte, orientarea moleculelor sale influențează direct proprietățile sale cuantice, care pot fi exploatate în sisteme cuantice complexe precum computerele. Combinând acest telur trigonal cu aurul, cercetătorii au creat o interfață bidimensională extrem de curată între cele două materiale. Această interfață este deosebit de importantă, deoarece face posibilă menținerea unei polarizări foarte bine definite. Polarizarea este un parametru esențial în fizica cuantică, în special pentru manipularea qubiților. Datorită acestei proprietăți, materialul ar putea fi utilizat pentru a controla qubiții cu o precizie sporită, făcând calculele cuantice mai stabile.
O altă caracteristică notabilă a materialului este capacitatea sa de a deveni mai robust atunci când este supus unui câmp magnetic, ceea ce sugerează că s-ar putea transforma într-un supraconductor triplet. Acest tip de supraconductor este mai rezistent la câmpurile magnetice decât supraconductorii clasici, care își pot pierde proprietățile cuantice atunci când sunt expuși la câmpuri prea puternice. Oferind o rezistență mai bună la perturbațiile externe, acest material ar putea îmbunătăți stabilitatea și fiabilitatea sistemelor cuantice, ceea ce este esențial pentru dezvoltarea calculatoarelor cuantice eficiente.
Deși această descoperire este promițătoare, rămân mai multe provocări înainte ca acest material să poate fi integrat în sisteme cuantice la scară largă. Una dintre principalele probleme este temperatura la care acest material funcționează eficient, care este adesea aproape de zero absolut (0 K sau -273,15° C). Deși materialul prezintă o stabilitate ridicată, rămâne neclar dacă poate fi folosit la temperaturi mai ridicate, ceea ce ar deschide calea pentru calculatoare cuantice care sunt mai ușor de produs și de operat.
Cercetătorii vor trebui, de asemenea, să continue să testeze robustețea materialului în diferite condiții și să determine cum să-l producă la o scară mai mare. Cu toate acestea, rezultatele obținute până acum sunt încurajatoare și sugerează un viitor în care acest tip de supraconductor ar putea juca un rol cheie în evoluția calculatoarelor cuantice.
