Исследователи из UCI и Национальной лаборатории Лос-Аламоса разработали новый метод преобразования повседневных материалов в проводники, подходящие для квантовых вычислений. Манипулируя атомной структурой посредством деформации, они создали материалы с уникальными квантовыми свойствами, что стало значительным шагом вперед на пути к тому, чтобы сделать квантовые компьютеры практической реальностью. (Концепция художника). Фото: SciTechDaily.com
Этот прорыв позволит ученым превращать повседневные материалы в проводники для использования в квантовых компьютерах.
Недавнее исследование ученых из Калифорнийского университета в Ирвайне и Национальной лаборатории Лос-Аламоса, опубликованное в журнале Природные коммуникациираскрывает революционный метод преобразования повседневных материалов, таких как стекло, в материалы, которые ученые могут использовать для создания квантовых компьютеров.
«Материалы, которые мы создали, представляют собой вещества, которые обладают уникальными электрическими или квантовыми свойствами благодаря своей специфической атомной форме или структуре», — сказал Луис А. Хореги, профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Университете Калифорнии и ведущий автор новой статьи. «Представьте, если бы мы могли преобразовать стекло, которое обычно считается изоляционным материалом, и превратить его в эффективные проводники, подобные меди. Вот что мы сделали».
Обычные компьютеры используют кремний в качестве проводника, но у кремния есть ограничения. Квантовые компьютеры помогут обойти эти ограничения, а методы, подобные описанным в новом исследовании, помогут квантовым компьютерам стать повседневной реальностью.
«Этот эксперимент основан на уникальных возможностях UCI по выращиванию высококачественных квантовых материалов. Как мы можем превратить эти материалы, которые являются плохими проводниками, в хорошие проводники?» сказал Хореги, который также является членом Квантового института Эддлмана UCI. «Это то, что мы сделали в этой статье. Мы применили к этим материалам новые технологии и превратили их в хорошие проводники».
Роль деформации в трансформации материала
Ключевым моментом, как объяснил Хореги, является применение правильного вида деформации к материалам на атомном уровне. Для этого команда разработала в механическом цехе Школы физических наук UCI специальное устройство, названное «станцией гибки», которое позволило им приложить большую деформацию, чтобы изменить атомную структуру материала под названием пентателлурид гафния с «тривиальной». материал в материал, пригодный для квантового компьютера.
«Чтобы создать такие материалы, нам нужно «проделать дыры» в атомной структуре», — сказал Хореги. «Штамм позволяет нам это сделать».
«Вы также можете включать или выключать изменение атомной структуры, контролируя напряжение, что полезно, если вы хотите в будущем создать переключатель включения-выключения материала в квантовом компьютере», — сказал Цзинь Юй Лю, первый автор статьи и научный сотрудник, работающий с Хореги.
«Я доволен тем, как теоретическое моделирование позволяет глубже понять экспериментальные наблюдения, тем самым ускоряя открытие методов управления квантовыми состояниями новых материалов», — сказал соавтор Рукиан Ву, профессор физики и заместитель директора Центра исследований UCI. Сложные и активные материалы — Центр исследований материалов и инженерии Национального научного фонда (MRSEC). «Это подчеркивает успех совместных усилий с участием различных специалистов в области передовых исследований».
«Я очень рад, что наша команда смогла показать, что эти неуловимые и столь востребованные материальные состояния могут быть созданы», — сказал Майкл Петтес, соавтор исследования и научный сотрудник Центра интегрированных нанотехнологий Национальной лаборатории Лос-Аламоса. «Это многообещающе для разработки квантовых устройств, а методология, которую мы демонстрируем, совместима и с экспериментами с другими квантовыми материалами».
Сейчас квантовые компьютеры существуют лишь в нескольких местах, например, в офисах таких компаний, как IBM, Google и Rigetti. «Google, IBM и многие другие компании ищут эффективные квантовые компьютеры, которые мы можем использовать в повседневной жизни», — сказал Хореги. «Мы надеемся, что это новое исследование поможет сделать обещание квантовых компьютеров более реальным».
Ссылка: «Управляемый топологический фазовый переход, управляемый деформацией, и доминирующий транспорт поверхностных состояний в HfTe5», авторы: Джинью Лю, Инонг Чжоу, Себастьян Йепес Родригес, Мэтью А. Дельмонт, Роберт А. Велсер, Триет Хо, Николас Сирика, Калеб МакКлюр, Паоло. Вилмеркати, Джозеф В. Циллер, Норман Маннелла, Хавьер Д. Санчес-Ямагиши, Майкл Т. Петтес, Рукиан Ву и Луис А. Хореги, 6 января 2024 г., Природные коммуникации.
DOI: 10.1038/s41467-023-44547-7
Финансирование поступило от UCI-MRSEC – гранта NSF CAREER для фондов программы исследований и исследований, направленных на исследования и разработки Национальной лаборатории Лос-Аламоса, в Хореги и Лос-Аламосе.
В этом исследовании приняли участие аспиранты и студенты UCI, в том числе Роберт Уэлзер, Себастьян Йепес Родригес, Мэтью Дельмонт и Триет Хо.