Cum computerele cuantice pot ajuta la căutarea superconductorilor la temperatura camerei
Într-o realizare remarcabilă în domeniul fizicii, un computer cuantic a reușit, pentru prima dată, să măsoare corelațiile de asociere (semnale cuantice care arată cum electronii se unesc în perechi), esențiale pentru ajutarea oamenilor de știință să descopere unul dintre obiectivele majore ale fizicii – superconductorii care funcționează la temperatura camerei.
Superconductorii sunt materiale capabile să conducă electricitatea fără nicio rezistență, ceea ce înseamnă că nu se pierde energie sub formă de căldură. Totuși, pentru a funcționa, aceștia trebuie să fie răciți la temperaturi extrem de scăzute, ceea ce îi face costisitori și impracticabili pentru utilizare pe scară largă. Fizicienii au încercat să le modifice structura pentru a-i face să funcționeze la temperatura camerei. Mulți consideră că înțelegerea și manipularea corelațiilor de asociere electronică reprezintă cheia pentru această piatră de temelie.
Blocajul Fermi-Hubbard
De-a lungul decadelor, cercetările în acest domeniu s-au împotmolit. Pentru a cartografia modul în care electronii se comportă în potențiali superconductori, oamenii de știință folosesc un cadru matematic cunoscut sub numele de modelul Fermi-Hubbard. Acest model le permite să testeze și să prezică comportamentul electronilor în noi materiale superconductoare. Totuși, pe măsură ce se adaugă mai multe particule, problema devine rapid prea complexă pentru a fi rezolvată chiar și de cele mai puternice supercomputere tradiționale.
Așadar, cercetătorii de la firma de calcul cuantic Quantinuum au utilizat un nou computer cuantic Helios-1 pentru a simula interacțiunile complexe. În loc să încerce să calculeze comportamentul unui material, Helios-1 a imitat interacțiunile cuantice din interiorul acestuia. Folosește ioni prinși ca biți cuantici (qubits), blocurile fundamentale ale unui computer cuantic.
Măsurători și rezultate
Helios-1 a efectuat aceste măsurători în trei scenarii diferite, inclusiv testarea unui model pentru noi superconductori pe bază de nichel. Experimentul a demonstrat că calculul cuantic ar putea fi un instrument puternic pentru accelerarea căutării superconductivității la temperatura camerei.
“Aceste rezultate arată că un computer cuantic poate crea și investiga fiabil stări fizice relevante cu corelații de asociere superconductoare, deschizând o cale pentru explorarea superconductivității cu computere cuantice,” au comentat cercetătorii într-un articol publicat pe serverul de preprint arXiv.
Cu toate acestea, fizicienii nu vor putea utiliza computerele cuantice pentru această problemă în mod regulat prea curând. Există încă câteva aspecte de rezolvat. Două obstacole majore sunt acumularea de zgomot, în care interferențele de mediu, cum ar fi câmpurile electromagnetice, determină prăbușirea qubit-urilor, și necesitatea unui număr mai mare de qubiți pentru a simula cu precizie materiale mari și reale.
Pe scurt, progresele realizate în simularea corelațiilor de asociere electronice reprezintă un pas important în căutarea superconductorilor care ar putea revoluționa tehnologia energetică, făcând-o mai eficientă și sustenabilă.
