Új alapokra helyezheti a kvantumtechnológiát egy magyar fizikuscsoport, amely az anyaghibákat használná qubitként

Támogasd a tudomány népszerűsítését, segítsd a munkánkat!

A Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatócsoportja potenciális kvantuminformatikai rendszert tesztelt, amelyben kétdimenziós anyagokban előállított ponthibákat alkalmaztak kvantumbitként. A tudóscsoport volfrám-diszulfidba ágyazott szénatomokat vizsgált – adta hírül sajtóközleményében a kutatóközpont. Gali Ádám kutatócsoportja a semleges töltésű szénhiba kvantumbitként való használhatóságát vizsgálta, az atomi vastagságú volfrám-diszulfidban előforduló szénszubsztitúciós hibák vizsgálatával. Azt találták, hogy a kétdimenziós anyagban keletkező foszforeszkáló fény úgy jön létre, hogy az anyagra jellemző óriási spin-pálya kölcsönhatás a gerjesztett állapotokat egymással keveri. A foszforeszkáló hiba hipotézisük szerint kvantumbitként hasznosítható. 

A hagyományos háromdimenziós anyagokkal szemben a kétdimenziós anyagok ponthibái könnyen irányíthatók. Bár kvantumbitek megvalósítására nem minden ponthiba, illetve nem minden gazdakristály alkalmas, a kutatócsoport úgy véli, munkájuk hozzájárul, hogy több kvantumbites logikai műveleteket és kvantuminformatikai rendszereket valósítsanak meg kétdimenziós anyagokban előállított ponthibákkal. Eredményeiket a Nature Communications szaklapban publikálták.

A kristályokban a ponthibák gyakran előforduló molekulaszerű képződmények. Ezek a kristálynövekedés során vagy utólag, például ionbesugárzás révén jöhetnek létre.  Ahhoz, hogy hatékony kvantumbitek jöjjenek létre, létfontosságú, hogy olyan rendszereket alkossanak, amelyeknek a kvantumállapotait jól lehet tervezni, manipulálni és kiolvasni. Ehhez nemcsak a ponthibák atomi szintű kísérleti megismerésére és szerkezetének előállítására, hanem elektronszerkezetük és magnetooptikai tulajdonságaik részletes megismerésére is szükség van. A szilárdtestbe ágyazott ponthibák atomi szintű szimulációjának közelmúltbeli fejlődése tette lehetővé, hogy a tulajdonságaikat nagyon pontosan meg tudják határozni

A kvantumtechnológia eljárásoktól azt várják, hogy a kvantummechanika alapvető jelenségeit az informatika, a kommunikáció és a méréstechnika szolgálatába állítva a klasszikus megoldásokhoz képest pontosabb vagy gyorsabb eredményeket, számításokat lehet végezni. A szóban forgó eszközök alapvető építőkövei a kvantumbitnek vagy qubitnek nevezett kétállapotú rendszerek. Míg a hagyományos bitek vagy 0 vagy 1 értéket vehetnek fel, a qubitek képesek szuperpozícióba kerülni, ami azt jelenti, hogy mindkét állapotban léteznek egyszerre. Minél több ilyen qubitből áll egy rendszer, annál többféle kombináció lehetséges párhuzamosan, és annál komplexebb problémákat lehet rövid idő alatt megoldani. 

A számítástechnika 21. századi szent grálját kereső kutatók és a nagy techcégek ennek megfelelően egymás után igyekeznek emelni a téteket. A kvantumfölény eléréséért a nagy techcégek, országos szinten pedig az Egyesült Államok és Kína között kibontakozó verseny célja, hogy egy-két évtizeden belül olyan masszív szuperszámítógépeket építsenek, amelyek képesek az orvoslásban, a biológiában, a pénzügyek vagy a mesterséges intelligencia alkalmazása terén eddig megoldatlan problémákat megfejteni. Bár többféle kvantumrendszer lehetőségét vázolták már fel, a stabil és kiszámítható működés megvalósítása még várat magára. Erre jelenthetnek megoldást a félvezetőbe ágyazott ponthibák, mert ezektől azt remélik, hogy szobahőmérsékleten is beváltják a hozzájuk fűzött reményeket.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: