Tietojenkäsittely
Triplet-suprajohtavuus ja kvanttikumbitit
Securities.io noudattaa tiukkoja toimituksellisia standardeja ja voi saada korvausta tarkistetuista linkeistä. Emme ole rekisteröity sijoitusneuvoja, eikä tämä ole sijoitusneuvontaa. Katso lisätietoja tytäryhtiöiden ilmoittaminen.
Useimmat nykyiset kvanttitietokoneiden prototyypit käyttävät suprajohtavia materiaaleja kvanttilaskennan suorittamiseen, koska nämä materiaalit pystyvät pitämään kvanttiominaisuudet vakaampina. Tärkein vaihtoehto on niin kutsuttu "loukkuun jääneiden ionien kvanttitietokone".
Tähän mennessä vain loukkuun jääneiden ionien mallit ovat osoittautuneet riittävän luotettaviksi, mutta ne ovat hyvin rajallisia hyödyllisten kubitien määrän suhteen, joita ne voivat sisältää (kvanttitietokoneen vastine tavallisen tietokoneen bitille).
Ihanteellinen vaihtoehto olisi tietenkin parantaa suprajohtavia materiaaleja, jotta ne soveltuisivat kvanttilaskelmiin. Ja tähän suuntaan onkin tehty jonkin verran työtä, erityisesti ristikkoleikkausja pidempään kestävien kubitien kanssaMutta tämä ei silti riitä luomaan kaupallisia, skaalautuvia suprajohtavia kvanttitietokoneita.
Toinen edistynyt tietojenkäsittelytieteen ala on spintroniikka, joka hyödyntää hiukkasten kvanttiominaisuuksia, spiniä, sähkövarausten sijaan kuten klassisessa elektronisessa laskennassa. Tähän mennessä kvanttilaskenta ja spintroniikka ovat olleet jossain määrin sukua toisilleen, mutta eivät suoraan yhteydessä toisiinsa, koska suprajohtavilla materiaaleilla ei ole spiniä. Ainakaan tähän asti.
(Voit oppia lisää spintroniikasta tätä teknologiaa käsittelevässä artikkelissamme)
Norjan tiede- ja teknologiayliopiston sekä italialaisen Salernon yliopiston tutkijaryhmä on saattanut löytää tripletti-suprajohteen, jolla on ainutlaatuiset spin-ominaisuudet.
Tämä uudentyyppinen suprajohtava materiaali voisi olla käänteentekevä tekijä suprajohtavien kvanttitietokoneiden rakentamisessa. He julkaisivat löydöksensä Physical Review Letters -lehdessä otsikolla "Luonnollisen triplet-suprajohtavuuden paljastaminen ei-keskisymmetrisessä NbRe:ssä käänteisten spin-venttiiliefektien avulla".
”Triplet-suprajohde on korkealla monien kiinteän olomuodon fysiikan alalla työskentelevien fyysikkojen toivelistalla. Triplet-suprajohteet ovat eräänlainen 'pyhä Graali' kvanttiteknologiassa ja erityisesti kvanttilaskennassa.”
Professori Jacob Linder – Norjan tiede- ja teknologiayliopisto
Samaan aikaan toinen tutkijaryhmä Niels Bohr -instituutista Kööpenhaminan yliopistossa, Norjan tiede- ja teknologiayliopistosta, Leidenin edistyneen tietojenkäsittelytieteen instituutista (Alankomaat), Chalmersin teknillisestä yliopistosta (Ruotsi), Regensburgin yliopistosta (Saksa) ja yrityksestä Kvanttikoneet ovat löytäneet tavan käsitellä suprajohtavia materiaaleja vaivaavaa keskeistä ongelmaa, vikoja, uudella tehokkaalla fluktuaatioiden havaitsemismenetelmällä.
He julkaisivat löydöksensä Physical Review X2 -lehdessä otsikolla ”Suprajohtavien kubitien vaihtelevien relaksaatioasteiden relaksaatioasteiden reaaliaikainen adaptiivinen seuranta".
Triplet-suprajohteet
Pyyhkäise vierittääksesi →
| Elektroniikka | Qubitin vakaus | skaalautuvuus | Energiatehokkuus | kypsyys |
|---|---|---|---|---|
| Suprajohtava | Kohtalainen | Korkea potentiaali | Matala (kryogeniikka) | Kaupalliset lentäjät |
| Loukkuun jäänyt ioni | Korkea | rajallinen | Kohtalainen | Kaupalliset lentäjät |
| Triplet-suprajohtavuus (ehdotettu) | Mahdollisesti korkea | Teoreettinen | Mahdollisesti parannettu | Kokeellinen |
Miksi sillä on väliä?
Teoriassa spin voisi olla täydellinen väline kvantti-informaation siirtämiseen kubitien ja eri kvanttitietokoneiden välillä.
Ongelmana on, että nykymuodossaan teknologia on yksinkertaisesti liian epävakaa ja tiedonsiirto liian monimutkaista ollakseen käytännössä hyödyllinen.
Tämä ei kuitenkaan välttämättä pidä paikkaansa, jos meillä olisi pääsy triplet-suprajohteisiin. Tämä johtuu siitä, että ne voivat siirtää spiniä ilman energiahäviötä, joten suprajohtavat hiukkaset kuljettavat nyt spiniä mukanaan.
”Triplet-suprajohteet mahdollistavat useita epätavallisia fysikaalisia ilmiöitä. Näillä ilmiöillä on tärkeitä sovelluksia kvanttiteknologiassa ja spintroniikassa.”
Professori Jacob Linder – Norjan tiede- ja teknologiayliopisto
Vaikka tavallisempi singletti-suprajohde voi kuljettaa tehoa ilman vastusta, tripletti-suprajohde voi myös kuljettaa spinvirtoja täysin ilman vastusta. Tämän seurauksena kvantti- tai spintroninen tietokone voisi olla ultranopea ja toimia samalla lähes ilman sähköä!
Niobium-renium-seokset
Työssään tutkijat havaitsivat, että NbRe, niobium-renium-seos, käyttäytyy triplet-suprajohteelle ominaisesti.
Tarkemmin sanottuna he löysivät "käänteisen spin-venttiilivaikutuksen", joka on erikoistapaus jättimäinen magneettivastus, monikerroksisten materiaalien magneettinen ominaisuus, josta löydös voitti vuoden 2007 Nobel-palkinnon.
Tämä ei sinänsä todista, että NbRe on tripletti-suprajohde, mutta se ehdottomasti todistaa, että se ei käyttäydy samalla tavalla kuin perinteisen singletti-suprajohteen pitäisi.
Pitkän aikavälin potentiaali
Tällä löydöllä on lisäpotentiaalia, koska NbRe on helposti saatavilla ohutkalvomuodossa, ja heterorakenteen yksinkertaisuus tekee siitä erityisen käyttökelpoisen potentiaalisena skaalautuvana alustana suprajohtavalle spintroniikalle.
Lisäksi materiaali toimii suprajohteena suhteellisen korkeassa lämpötilassa (ainakin suprajohtavien materiaalien standardien mukaan) eli vain 7 celsiusastetta absoluuttisen nollapisteen yläpuolella -273.15 °C:ssa, kun taas useimmat muut ehdokasmateriaalit tarvitsevat vain yhden asteen absoluuttisen nollapisteen yläpuolella.
Sekä niobium että renium ovat kuitenkin kalliita ja harvinaisia metalleja, joten ne eivät suoraan tee kvanttitietokoneista halvempia.
Seuraava askel on pyytää muita tutkijoita vahvistamaan nämä havainnot ja suorittamaan lisätestejä, jotka viittaavat triplet-suprajohtavuuteen.
Triplet-suprajohteita voidaan käyttää myös hyvin eksoottisen hiukkastyypin, "Majorana-hiukkasen", luomiseen. Se on oma antihiukkasensa. Siksi se voi suorittaa laskutoimituksia kvanttitietokoneella vakaalla tavalla.
Kuten muutkin tutkijat ovat lähemmäksi Majoranan hiukkasten hyödyntämistä ja Microsoftilla on jo siru, jossa on Majorana Zero Modes (MZM), tämä näyttää olevan yhä lupaavampi suunta kvanttilaskennan tulevalle kehitykselle.
Kvanttimateriaalivirheiden havaitseminen
Liian nopeat muutokset
Kubitien upottamissa materiaaleissa on usein vikoja, jotka aiheuttavat kubitin epäluotettavuuden. Nämä viat voivat vaihdella alueellisesti erittäin nopeasti, joskus satoja kertoja sekunnissa.
Joten näiden vikojen nykyinen havaitsemismenetelmä, joka voi kestää jopa minuutin, on täysin riittämätön niiden havaitsemiseksi. Itse asiassa kukaan ei tiennyt tähän mennessä tarkalleen, kuinka nopeasti tämä tapahtui.
Sen sijaan tutkijoiden on pakko mitata keskimääräinen energianmenetysnopeus, joka usein antaa epätäydellisen kuvan kubitin todellisesta suorituskyvystä.
Tämän seurauksena suprajohtavuuteen perustuvien kvanttitietokoneiden on turvauduttava moniin "kikoihin" pystyäkseen suorittamaan laskelmansa, vaikka kubitti usein kärsisi dekoherenssista käyttäjän havaitsematta sitä.
Klassisten tietokoneiden käyttö apuna
Vikojen havaitsemisen nopeuttamiseksi tutkijat käyttivät erikoistunutta ohjainta, Field-Programmable Gate Array (FPGA). Nämä erikoistuneet sirut eivät ole yhtä joustavia kuin CPU:issa tai GPU:issa käytettävät, mutta ne ovat erittäin erikoistuneita, paljon nopeampia tietyssä tehtävässä ja vähemmän energiaa vaativia.
Suorittamalla kokeen suoraan FPGA:lla he voisivat muodostaa "parhaan arvion" siitä, kuinka nopeasti kubitti menettäisi energiansa, vain muutaman mittauksen perusteella.
Vaikka tämä vaikuttaa itsestään selvältä ratkaisulta, FPGA:n ohjelmointi oikein oli erittäin haastavaa, varsinkin jos FPGA:n on oltava hieman joustava.
Heidän käyttämänsä menetelmä on, että siru päivittää sisäistä "tietämystään", jota kutsutaan Bayes-malliksi, jokaisen kubittimittauksen jälkeen.
Lähde: Fyysinen arviointi X
Tämä mahdollisti järjestelmän jatkuvan mukauttamisen kubitin tilan oppimiseen mahdollisimman tehokkaasti.
”Ohjain mahdollistaa erittäin tiiviin integraation logiikan, mittausten ja ennakkokytkennän välillä: nämä komponentit mahdollistivat kokeilumme.”
Kohti reaaliaikaista kalibrointia
Tähän asti kvanttilaskentateollisuuden on täytynyt vain "toivoa", että heidän kubittinsa toimivat edelleen, ja he ovat tehneet kovasti töitä dekoherenssin todennäköisyyden ja nopeuden vähentämiseksi.
Mutta tämä uusi lähestymistapa avaa tien laskennalle, jossa aktiivisesti valitaan luotettavia kubitteja, jopa vähemmän täydellisistä materiaaleista.
”Algoritmimme avulla nopea ohjauslaitteisto voi paikantaa reaaliajassa, mikä kubitti on 'hyvä' tai 'huono'. Voimme myös kerätä hyödyllisiä tilastoja 'huonoista' kubiteista sekunneissa tuntien tai päivien sijaan.”
Pitkällä aikavälillä tämä avaa uuden tutkimuskentän, jossa ymmärretään paremmin, mikä tekee yksittäisestä "huonosta" kubitista, keskiarvoihin ja arvauksiin luottamisen sijaan.
Yhteenveto
Kuten elektroniikan aamunkoitteessa, kvanttilaskennan kehitys tulee monista suunnista.
Yksi tärkeä näkökohta on parempien suprajohtavien materiaalien tuotanto, joilla voidaan luoda vakaampia ja kestävämpiä kubitteja. Ja ehkä myös samanaikaisesti siirtää tietoa suprajohtavan spinvirran muodossa.
Samaan aikaan tietyn kubitin dekoherenssin parempi havaitseminen voisi tarjota anturi- ja ohjelmistopohjaisen menetelmän suorituskyvyn radikaaliksi parantamiseksi ilman, että turvaudutaan monimutkaisempiin tai vaikeammin valmistettaviin materiaaleihin.
Investoiminen kvanttilaskennan innovaatioihin
Microsoft
(MSFT )
Vaikka Microsoft tunnetaankin parhaiten vahvasta läsnäolostaan Windows-käyttöjärjestelmissä, se on myös monilla muilla tekniikan aloilla.
Se on esimerkiksi johtava yritysratkaisuissa, mukaan lukien Office (Outlook, Word, Excel ja PowerPoint), mutta myös yrityspuhelut (Teams), pilvi jaettu tallennustila (OneDrive), Visio (kaaviot, kaaviot), Loop (yhteistyötyötila) ja Access (tietokanta).
Vaikka Microsoft ei olekaan pilvipalveluiden johtaja (Amazonin AWS hallitsee sitä), se muodostaa 20 % maailmanlaajuisesta pilvi-infrastruktuurista Azure-alustansa kautta, mikä on yhtä suuri kuin Googlen, Alibaban ja Oraclen yhteenlasketut osuudet.
Lähde: Statista
Microsoft omistaa myös LinkedInin, GitHubin, Xboxin ja monia maailman suurimmista videopelistudioista.
Mitä tulee tekoälyyn, Microsoft on keskittynyt enemmän teknisiin käyttötapauksiin ja yrityssovelluksiin kuin kuluttajasovelluksiin, erityisesti AI4Science-ohjelma, tieteellisessä tutkimuksessa hyödyllisistä tekoälyistä.
Tähän sisältyy esimerkiksi materiaalitieteilijöiden työn nopeuttaminen uusien molekyylien tai akkuelektrodien suunnittelussa tekoäly supistaa 32 miljoonaa mahdollista materiaalia 500,000 800 ehdokkaaksi ja sitten 80:aan alle XNUMX tunnissa.
Lähde: Microsoft
Tähän asti, mitä tulee kvanttilaskentaan, Microsoft oli näyttänyt olevan jäljessä Googleen tai IBM:ään verrattuna; se tarjosi kvanttilaskennan pilvipalveluita Azure-kvantti. Palvelu voi myös tarjota "hybridilaskenta", joka yhdistää kvanttilaskentaa perinteiseen pilvipohjaiseen supertietokonepalveluun.
Lähde: Microsoft
Kun Microsoft julkaisi oman Majoranan hiukkaspohjaisen sirunsa vuoden 2025 alussayrityksestä on tullut yksi kvanttilaskennan maailman johtavista yrityksistä.
Uusien materiaalien, kuten tripletti-suprajohteiden, tai reaaliaikaisen kalibroinnin uusien mahdollisuuksien myötä on todennäköistä, että Microsoft pystyy jatkamaan kehitystä ja integroimaan nämä uudet työkalut omiin kvanttitietokoneisiinsa.
(Voit myös lukea artikkelimme, joka tuo Microsoftin kokonaisuutena esiin tarkemmin ymmärtääkseen yritystä paremmin).
- Triplet-suprajohteet ovat edelleen kokeellisia, mutta niillä on paljon potentiaalia.
- Reaaliaikainen kubittikalibrointi on lyhyen aikavälin ja käytännöllinen.
- Microsoft tarjoaa monipuolista kvanttipohjaista sijoitusta.
- IonQ, Rigetti ja D-Wave tarjoavat puhtaamman sektoriherkkyyden.
Viimeisimmät Microsoftin (MSFT) osakeuutiset ja kehityskulut
Viitattu tutkimus
1. F. Colangelo ym. Luonnollisen triplet-suprajohtavuuden paljastaminen ei-keskisymmetrisessä NbRe:ssä käänteisten spin-venttiiliefektien avulla. Phys. Rev. Lett. 135, 226002 – Julkaistu 25. marraskuuta 2025. DOI: https://doi.org/10.1103/q1nb-cvh6
2Fabrizio Berritta ym. Suprajohtavien kubitien vaihtelevien relaksaatioasteiden reaaliaikainen adaptiivinen seuranta. Phys. Rev. X 16, 011025 – Julkaistu 13. helmikuuta 2026. DOI: https://doi.org/10.1103/gk1b-stl3
