Kvantiniai skaičiavimai jau seniai žada padaryti perversmą visose srityse – nuo kriptografijos iki vaistų atradimo, tačiau jų pažangą stabdo esminė kliūtis: sudėtingas kubitų – kvantinės informacijos sudedamųjų dalių – surinkimas.Iki šiol mokslininkai manė, kad sukinių sąveikai, leidžiančiai kubitams tinkamai funkcionuoti, sukurti būtini stiprūs kovalentiniai ryšiai. Dėl šio reikalavimo kurti didelės apimties kvantines sistemas buvo neįtikėtinai sunku ir brangu.
Dabar mokslininkams pavyko padaryti novatorišką atradimą – kubitus galima surinkti naudojant nekovalentinius vandenilinius ryšius, o tai yra paprastesnis ir lengviau pritaikomas kvantinių medžiagų gamybos metodas. Šis šuolis į priekį gali smarkiai paspartinti kvantinių technologijų plėtrą ir priartinti mus prie pasaulio, kuriame kvantiniai skaičiavimai nebebus futuristinė svajonė, o kasdienė realybė.
Kodėl kubitų sąveikos yra tokios svarbios
Kvantinės kompiuterijos esmė – kubitų gebėjimas išlaikyti kvantines būsenas ir jomis manipuliuoti, todėl eksponentiškai padidėja skaičiavimo galia, kuri kvantines sistemas skiria nuo klasikinių kompiuterių. Kad tai įvyktų, reikia kruopščiai kontroliuoti sukinių sąveiką tarp kubitų.
Dar visai neseniai mokslininkai manė, kad tik kovalentinis ryšys gali sukurti stiprias sąveikas, reikalingas kvantiniam apdorojimui. Dėl šios prielaidos kubitų surinkimas tapo techniniu košmaru, reikalaujančiu sudėtingų cheminės sintezės metodų, kurie labai apribojo kvantinių kompiuterių tinklų mastelio galimybes.
Vandenilinių ryšių panaudojimas savaiminiam kubitų surinkimui
Freiburgo universiteto Fizikinės chemijos instituto ir Strasbūro universiteto Čarlzo Sadrono instituto tyrėjų grupė dabar įrodė, kad kubitai gali savaime susiburti naudojant vandenilinius ryšius– tai atradimas, kuris paneigia dešimtmečius gyvavusį tradicinį mąstymą.
Pasinaudodama supramolekulinės chemijos principais, komanda sėkmingai sujungė molekulinius kubitus be kovalentinių ryšių. Šis atradimas leidžia kur kas lanksčiau ir ekonomiškiaukurti kvantines medžiagas.
Paprastesnis ir lengviau pritaikomas gamybos metodas
Vienas iš įdomiausių šio atradimo aspektų yra galimybė iš esmės supaprastinti kvantinių medžiagų gamybą. Tyrėjų grupė naudojo modelinę sistemą, sudarytą iš perileno diimido chromoforo ir nitroksido radikalo, kurie spontaniškai susijungė tirpale ir suformavo funkcinius kubitų vienetus.
Šis savaiminio surinkimo procesas yra didelis žingsnis į priekį kvantinių medžiagų moksle, leidžiantis lengviau, greičiau ir lengviau pritaikyti kvantinių kompiuterių komponentus. Taikant šį naująjį metodą, netolimoje ateityje didelės apimties kvantinės sistemos gali tapti žymiai lengviau įgyvendinamos ir įperkamos.
Poveikis molekulinei spintronikai
Be kvantinių skaičiavimų, šis atradimas turi didelę reikšmę molekulinei spintronikai– pažangiausiai sričiai, kurioje tiriama, kaip molekulių kvantinės savybės gali būti panaudotos kuriant naujos kartos elektroninius prietaisus. Galimybė lanksčiai surinkti kubitus galėtų padėti pasiekti proveržį itin efektyvių skaičiavimų, didelės spartos duomenų saugojimo ir mažos galios elektroninių komponentų srityje.
Keičiant kvantinių tyrimų ateitį
Dr. Sabine Richert, pagrindinė šio tyrimo tyrėja, pabrėžia, kad šis atradimas atveria kelią naujai kvantinių medžiagų kūrimo erai. Rezultatai patvirtina, kad supramolekulinė chemija gali vaidinti lemiamą vaidmenį kuriant naujos kartos kvantines medžiagas, leidžiančią mokslininkams optimizuoti kvantines sistemas anksčiau neįmanomais būdais.
Kvantinių skaičiavimų prieinamumo didinimas
Ši savaime susiformuojanti kubitų technologija yra daugiau nei akademinis laimėjimas – tai praktinis žingsnis siekiant, kad kvantiniai skaičiavimai taptų prieinamesni. Pašalinus sudėtingus ir brangius ankstesnių kubitų surinkimo metodų reikalavimus, ši naujovė gali sumažinti kliūtis patekti į rinką mokslininkams, pramonės šakoms ir įmonėms, norinčioms panaudoti kvantinę galią.
Kadangi kvantinės technologijos ir toliau vystosi, šis atradimas greičiausiai bus prisimenamas kaip lemiamas momentas,kuris priartino kvantinę kompiuteriją prie plataus pritaikymo ir pakeitė technologinį kraštovaizdįateinančioms kartoms.
