A magyar tudósok megfejtették a kvantumszámítógépek szupravezető kapcsolóinak titkát

A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) kutatói megfejtették, hogyan működnek a kvantumszámítógépek építőköveiként is szolgáló szupravezető kapcsolók – közölte az intézmény az MTI–vel csütörtökön.

A BME közleményében emlékeztettek arra: pár éve ismert, hogy a fémvezetékben a szupravezetés egy feszültséggel ki– és bekapcsolható. Mint írták, az egyetem szakemberei most rájöttek, hogy pontosan miképpen. A felfedezés nyomán potenciálisan kifejleszthető áramkörök kvantumszámítógépekben lehetnek majd használhatók.

A tájékoztatásban felidézték, hogy a számítástechnika szédületes fejlődésen ment keresztül az elmúlt évtizedekben, de az áramköri elemek további jelentős méretcsökkentése fizikai korlátok miatt nem lehetséges. Ezért a tudósok olyan új elveken működő számítástechnikai eszközök létrehozásán dolgoznak, mint az elektron belső mágneses momentumát használó mágneses adattárolás, vagy a kvantummechanika elvein alapuló kvantumszámítógépek.

A kvantumszámítógépek alapvető építőegységei a kvantumbitek, amelyeket gyakran szupravezető áramkörök segítségével hoznak létre. Az ezekben tárolt információ könnyen el tud veszni, így a terület nagy kihívása olyan robusztus rendszer építése, amely védett az információvesztéssel szemben. Erre az úgynevezett felületi kód a megoldás, amely a kvantumbitek folyamatos, gyors monitorozását igényli, amihez pedig on–chip célhardverek ideálisak.

A szupravezető áramkörök rendkívül ígéretesek ilyen célra, hiszen a szupravezető állapotban nem termelődik hő nagy áramok esetén sem. Így a körülbelül mínusz 273 Celsius–fokon működő áramkörök a hagyományos szilíciumalapú félvezető technológiákhoz képest csökkent hőterheléssel és lényegesen gyorsabb működési sebességgel dolgozhatnak. Szupravezető áramkörökben a szupravezetés ki– és bekapcsolása jelenti a két logikai állapotot (nulla és nem nulla), azonban sokáig csak mágneses terekkel tudták átkapcsolni. Pár éve olasz kutatók megmutatták, hogy egy fémvezetékben a szupravezető állapot egy közel helyezett kapuelektróda segítségével ki– és bekapcsolható, azaz egy hagyományos tranzisztor elve szerint, kapufeszültséggel működtethető. A felfedezés nagy feltűnést keltett, mivel a fizikai elméletek keretében a jelenség nem értelmezhető.

Az olasz kutatók létrehoztak egy nemzetközi hálózatot, melybe a BME kvantumelektronika csoportját is meghívták, hogy a jelenség fizikai hátterét megértsék, illetve az alkalmazhatóságát vizsgálják. E konzorciumban Csonka Szabolcs és Makk Péter, a Fizikai Intézet két docense vezetésével sikerült most a BME kutatóinak megfejteni és bebizonyítani, hogy mi a jelenség magyarázata.

„A szupravezetőn átfolyó elektronáramlás zaját, fluktuációját vizsgáltuk. Megmutattuk, hogy kapcsolat van a vezetékben folyó áram fluktuációja és kapuelektródából kilépő elektronok fluktuációja közt, és hogy fontos szerepet játszanak a minta felületén létrejövő rácsrezgések”

– idézte a közlemény Csonka Szabolcsot, a Szupravezető Nanoelektronika Lendület–kutatócsoport vezetőjét.

A felfedezésről szóló tanulmány a rangos Nature Communications folyóiratban jelent meg. A dolgozat első szerzője, Tosson Elalaily nemrég szerzett doktori fokozatot a BME Fizikai tudományok doktori iskolájában. A mérések egy finn és dán kutatócsoporttal közösen készültek – olvasható a közleményben. A kutatások a Kvantuminformatikai Nemzeti Laboratórium keretében most azt vizsgálják, milyen gyorsan működhetnek ezek a kapcsolók, és a csoport benyújtott egy szabadalmat logikai áramkörök létrehozásának tervéről.

„Ez egyelőre egy alapkutatás, de lehetséges, hogy később hasznosítható lesz, hiszen az általunk vizsgált áramkör egy kapcsoló szerepét töltheti be kvantumszámítógép–architektúrákban. Ha ennek a működése nincs negatív hatással a kvantumbitek élettartamára, akkor pár éven belül bevethető lehet” – magyarázta Makk Péter, megjegyezve, hogy akadnak még fontos tisztázandó kérdések, például az áramkörök sebessége.

„Ha jól működnek, akkor a demóverziók 5–10 év múlva jöhetnek létre, hosszú távon pedig leginkább kvantumszámítógépek alkatrészeként lehet szerepük”

– tette hozzá.

FORRÁS: MTI

(Nethuszár)