Новый шаг к сверхпроводникам: поможет эта странная квантовая структура

Что, если сложнейшие уравнения квантовой физики можно будет решать не при помощи суперкомпьютера, а с помощью особой "машины", в которой сама природа выполняет расчёты?

Почему суперкомпьютеры бессильны

Современные вычислительные системы способны на многое, но им до сих пор не под силу точно просчитывать сложные квантовые явления. Даже моделирование взаимодействия нескольких десятков частиц требует огромных ресурсов, не говоря уже о сотнях или тысячах.

Альтернатива — аналоговые машины

Когда-то, чтобы понять движение планет, инженеры создавали механические модели с шестернями. Они могли оказаться точнее компьютерных симуляций, ведь не требовали упрощений. Тот же подход можно применить к квантовой физике — построить систему, которая будет вести себя как настоящая квантовая, но в упрощённой и управляемой форме.

Такой аналоговый компьютер может стать прорывом. В отличие от классических квантовых машин, где поддержание кубитов требует тонкой настройки, здесь речь идет о системе, где квантовые свойства проявляются естественным образом. При этом такой подход значительно проще в реализации и масштабировании.

Революционный элемент уже создан

Международная команда исследователей из Стэнфорда, Париж-Сакле и Дублина разработала первый прототип ячейки для квантового аналогового компьютера. В структуре используются металлические островки, квантовые контакты и управляемый электронный газ — всё это позволяет имитировать свойства частиц с полуцелым спином.

Именно такие элементы могут лечь в основу чипов нового поколения, которые "вычисляют" без формул, просто имитируя нужные эффекты.

Открытие, которого не ждали

В процессе экспериментов с новой ячейкой учёные столкнулись с неожиданным результатом: им удалось зафиксировать Z3-парафермионы — частицы, чьё существование до этого предсказывалось лишь теоретически. Они несут треть обычного заряда электрона и могут открыть дорогу к новой физике.

Что это даст науке

Одна из главных целей — найти новые материалы, способные к сверхпроводимости. Даже если они будут работать при температуре жидкого азота (а не комнатной), это уже будет технологическим прорывом. Сегодня развитие сверхпроводников тормозится невозможностью точно просчитать сложные взаимодействия. Новый подход может это изменить.

Уточнения

Куби́т (q-бит, кьюбит, кубит; от quantum bit) — наименьшая единица информации в квантовом компьютере (аналог бита в обычном компьютере), использующаяся для квантовых вычислений.