Kvanttiannealaari parantaa ymmärrystä kvanttimonikehojärjestelmistä

Fyysikot ovat pitkään jahdanneet Richard Feynemanin ajatusta kvanttihiukkasten simuloimisesta tietokoneella, joka itse koostuu kvanttihiukkasista. Juuri näin Forschungszentrum Jülichin tiedemiehet ovat tehneet yhdessä slovenialaisten kollegoiden kanssa.

He käyttivät kvanttihehkutinta todellisen kvanttimateriaalin mallintamiseen ja osoittivat, että kvanttihehkutin voi suoraan peilata materiaalissa olevien elektronien mikroskooppisia vuorovaikutuksia.

Tuloksena on merkittävä edistysaskel alalla, joka osoittaa kvanttilaskennan käytännön soveltuvuuden monimutkaisten materiaalitieteen ongelmien ratkaisemiseen.

Lisäksi tutkijat löysivät tekijöitä, jotka voivat parantaa kvanttimuistilaitteiden kestävyyttä ja energiatehokkuutta.

Sovellus, jota tutkijat tarkastelevat, on niin kutsuttu monikehoärjestelmä (many-body system). Tällaiset järjestelmät kuvaavat useiden hiukkasten käyttäytymistä, jotka ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Kvanttifysiikan yhteydessä ne auttavat selittämään ilmiöitä, kuten suprajohtavuutta tai kvanttifaasien siirtymiä absoluuttisessa nollassa. Tällaisessa nolla Kelvinin lämpötilassa lämpövaihtelujen sijaan tapahtuu vain kvanttivaihteluja, kun fyysinen parametri, kuten magneettikenttä, muuttuu.

"Yksi haaste kvanttimateriaalien tutkimuksessa on kvantitatiivisesti mitata ja mallintaa monikappaleisten järjestelmien faasimuutoksia", selittää Dragan Mihailović Jožef Stefan -instituutista Sloveniasta. Tässä tutkimuksessa tutkijat tutkivat kvanttimateriaalia 1T-TaS2, jota käytetään monenlaisissa sovelluksissa, mukaan lukien suprajohtava elektroniikka ja energiatehokkaat tallennuslaitteet.

Tieteellisen haasteen lisäksi tutkijat osoittivat, että kvanttihehkuttimen kubittiliitännät voivat heijastaa suoraan kvanttimateriaalissa olevien elektronien välisiä mikroskooppisia vuorovaikutuksia.

Mutta tutkimuksella on myös käytännön sovelluksia. Esimerkiksi 1T-TaS 2-pohjaisten muistilaitteiden syvällisempi ymmärtäminen voi johtaa käytännölliseen kvanttimuistilaitteeseen, joka on toteutettu suoraan kvanttikäsittely-yksikössä (QPU). Tällaiset laitteet voivat edistää energiatehokkaiden elektronisten laitteiden kehittämistä, mikä vähentää merkittävästi tietokonejärjestelmien energiankulutusta.

Tutkimus korostaa kvanttihehkuttimien potentiaalia käytännön ongelmien ratkaisemisessa ja avaa tietä niiden laajemmalle soveltamiselle eri aloilla, kuten kryptografiassa, materiaalitieteessä ja monimutkaisissa järjestelmäsimulaatioissa.

Aiheesta aiemmin:

Kubitit pistävät uuden spinin magnetismiin