Kvantna desktop računala su nam još korak bliže

Kvantna računala temelje se na pravilima kvantne fizike koja sažima i objašnjava pojave u svijetu atomskih dimenzija. Zasnovana je na shvaćanju da je energija koju sadrži neki fizikalni sustav kvantizirana, tj. da ne može poprimati sve vrijednosti u nekom neprekidnom nizu unutar nekog područja, već je ograničena na pojedine odvojene (diskretne) vrijednosti. Uključuje dualizam, fizikalno uzročni ne-determinizam fizikalnih procesa i neizbježan utjecaj kroz promatranja.

Objašnjava pojave primjerice vezane uz mikroprocese u plinovima, kristalima, poluvodičima, supravodičima, suprafluidima. Svakodnevne stvari kao što su kemijska ili fizikalna svojstva različitih materijala (boja, feromagnetizam, električna vodljivost, itd) mogu se objasniti ili shvatiti samo pomoću kvantne fizike. Pored teorije relativnosti, kvantna fizika je drugi kamen temeljac moderne fizike i najznačajnije područje teorijske fizike koje je razvijeno u 20. stoljeću.

Ključna sirovina potrebna za rad kvantnih računala su supravodiči. Ovi izvanredni materijali, koji uključuju nekoliko metala, keramiku i organske materijale, provode električnu energiju s nultim otporom. Prijenosno računalo izgrađeno pomoću super provodnika nikada se ne bi zagrijalo korištenjem.

Veliki problem supravodiča je taj što im trebaju ultra niske temperature za rad. To pomaže objasniti zašto na svijetu postoji samo jedno potpuno operativno komercijalno kvantno računalo; IBM Q System One, izgrađeno 2019. godine i kriogeno hlađeno, korištenjem ukapljenih hladnih plinova.

IBM je izgradio "super hladnjak" kako bi osigurao da supravodljivi materijali u Q System One rade. Hladnjak radi na minus 273 stupnjeva celzijevih, što je hladnije od svemira i malo iznad apsolutne nule, temperature gdje se atomi prestaju pomicati.

Prije nekoliko godina Séamus Davis, profesor fizike i kvantne fizike sa Sveučilišta Oxford i sveučilišta College Cork i njegovi suradnici otkrili su zašto je jedan supravodič radio samo na vrlo niskoj temperaturi. Otkrili su da se elektroni - malene, visokoenergetske subatomske čestice odgovorne za električnu energiju - lede u krutini u supravodljivom materijalu na sobnoj temperaturi.

„Elektroni unutar komada metala. Svi pretpostavljamo da se kreću ”, objašnjava Davis. "Na taj način dolazimo do električne energije iz elektrane do naše kuće, a elektroni u supravodiču savršeno se mogu kretati. Teoretičari su predvidjeli da postoje neki metali u kojima će elektroni kristalizirati i oni će se prestati kretati", kaže Davis. "Dakle, izumili smo novu vrstu mikroskopa kako bismo tražili to stanje, a 2016. godine smo ga otkrili."

Mikroskop koji je olakšao to otkriće bio je izvanredan jer je djelovao na temperaturama hladnijim od svemira. Davis je sam sagradio mikroskop za koji mu je, kako kaže, trebalo šest godina.

Taj uspjeh iz 2016. ponukao je Davisa i njegove kolege da istraže jesu li se elektroni smrzli i u drugim supravodičima. Najnovije istraživanje objavljeno u časopisu Science otkrilo je da se efekt smrznutog elektrona vidi na sobnoj temperaturi u lako dostupnim superprovodnicima.

Ovo otkriće potencijalno će dovesti do velikih promjena u svijetu jer znači da ako znanstvenici mogu prevladati efekt smrznutog elektrona viđen u mnogim supravodičima na sobnoj temperaturi, postoji put za jasan način razvoja kvantnih računala kojima nisu potrebni posebni rashladni uvjeti za rad.

Čitav znanstveni rad pod nazivom "Discovery of a Cooper-pair Density Wave State in a Transition-metal Dichalcogenide," objavljen u časopisu Science možete pronaći na ovoj poveznici.