Tak czystego krzemu jeszcze nie produkowaliśmy. Naukowcy mają nadzieję, że materiał rozwiąże ważny problem.
Superczysty krzem ma został wykorzystany oczywiście do produkcji procesorów. Nie będą to jednak procesory do Twojego desktopa czy smartfonu.
Krzem, z którego produkowane są dziś procesory, jest bardzo czysty, ale nie jest idealny. Powiedzmy, że jest wystarczający do tego, do czego jest używany. Udało się jednak opracować materiał jeszcze czystszy, złożony z atomów tylko jednego izotopu tego pierwiastka. Naukowcy mają nadzieję, że sprawdzi się w konstrukcji kubitów – podstawowych jednostek komputera kwantowego.
Warto tu przybliżyć ideę komputera kwantowego. Te, których używamy na co dzień, do obliczeń wykorzystują dwa stany bitów – zera i jedynki. Na nich są wykonywane wszystkie operacje. Kubity zaś wykorzystują zachowania cząstek elementarnych, by być jednocześnie w superpozycji dwóch stanów. W czasie obliczeń mogą być jednocześnie zerem i jedynką. Specjaliści już opracowują algorytmy dla takich komputerów i mają nadzieję, że uda się sięgnąć po niewyobrażalną obecnie moc obliczeniową.
To jednak będzie wymagało budowy komputera kwantowego z jakimś milionem stabilnych kubitów. Na razie udało się zbudować ok. tysiąca. Kubity bowiem nie tylko wymykają się mechanice klasycznej, ale też są szalenie podatne na zakłócenia. Wystarczy drobna zmiana temperatury, by obliczenia poszły w diabły. Kubity z metali nadprzewodzących, jak tantal czy niob, trzeba przy tym chłodzić niemal do zera absolutnego i stosować zapasowe, przez co maszyny kwantowe są totalnie niewydajne.
W maju 2024 roku naukowcy zaproponowali zastosowanie innego materiału: dobrze znanego krzemu, który jest półprzewodnikiem. Takie materiały jak krzem (oraz german i gal) są relatywnie tanie, dłużej utrzymują koherencję i nie wymagają tak intensywnego chłodzenia. Możliwe, że obejdzie się bez zakopywania ich pod ziemią, bo unikać zakłóceń. Przy tym pozwalają budować dość małe kubity, więc same czipy kwantowe mogłyby być mniejsze od metalowych.
Trzeba tylko osiągnąć odpowiednią czystość materiału, by przypadkowe domieszki nie powodowały zakłóceń. Naukowcy wierzą, że właśnie im się to udało. W Manchesterze zbudowali kubit z krzemu-28. Udało się usunąć nie tylko zanieczyszczenia, ale też pozostałe dwa izotopy krzemu, występujące w naturze: krzem-29 i krzem-30.
Teoretycznie czip kwantowy można by było zbudować tymi samymi metodami, którymi dziś produkujemy konwencjonalne mikroprocesory. Jednak czy to się uda? Najpierw trzeba spróbować utrzymać koherencję na kilku sąsiadujących kubitach.
Więcej o eksperymencie możesz przeczytać w artykule, który ukazał się na łamach Nature.
Źródło zdjęć: aslysun / Shutterstock, Nature Communication Materials
Źródło tekstu: Nature Communication Materials
