Триплетна надпровідність та квантові кубіти

Більшість сучасних прототипів квантових комп'ютерів використовують надпровідні матеріали для проведення квантових обчислень, оскільки ці матеріали здатні підтримувати стабільність квантових властивостей, а основною альтернативою є так званий «квантовий комп'ютер із захопленими іонами».

Поки що лише моделі захоплених іонів виявилися достатньо надійними, але вони дуже обмежують кількість корисних кубітів, які можуть містити (квантовий комп'ютерний еквівалент звичайного біта).

Звичайно, ідеальним варіантом було б удосконалення надпровідних матеріалів, щоб вони стали придатними для квантових розрахунків. І в цьому напрямку вже докладено певних зусиль, зокрема з гратчаста хірургіята з довше живучими кубітамиАле все ж цього виявляється недостатньо для створення комерційних, масштабованих надпровідних квантових комп'ютерів.

Ще однією передовою галуззю обчислювальної науки є спінтроніка, яка використовує квантові характеристики частинок, спін, замість електричних зарядів, як у класичних електронних обчисленнях. Досі квантові обчислення та спінтроніка були певною мірою пов'язані, але не безпосередньо, оскільки надпровідні матеріали не мають спіна. Принаймні досі.

(Ви можете дізнатися більше про спінтроніку у нашій статті, присвяченій цій технології)

Команда дослідників з Норвезького університету науки і технологій та Університету Салерно (Італія), можливо, відкрила триплетний надпровідник – тип надпровідника з унікальними спіновими властивостями.

Цей новий тип надпровідного матеріалу може стати переломним моментом у створенні надпровідних квантових комп'ютерів. Вони опублікували свої висновки у журналі Physical Review Letters під назвою «Виявлення власної триплетної надпровідності в нецентросиметричному NbRe через ефекти зворотного спінового клапана".

«Триплетний надпровідник займає чільне місце у списку бажань багатьох фізиків, які працюють у галузі фізики твердого тіла. Матеріали, що є триплетними надпровідниками, є своєрідним «святим Граалем» у квантовій технології, а точніше, у квантових обчисленнях».

Професор Якоб Ліндер – Норвезький університет науки і технологій

Тим часом інша команда дослідників з Інституту Нільса Бора Копенгагенського університету, Норвезького університету науки і технологій, Лейденського інституту передової інформатики (Нідерланди), Технологічного університету Чалмерса (Швеція), Регенсбурзького університету (Німеччина) та компанії... Квантові машини виявили, як виявляти дефекти, ключову проблему, що переслідує надпровідний матеріал, за допомогою нової форми ефективного виявлення флуктуацій.

Вони опублікували свої висновки у журналі Physical Review X2 під назвою «Адаптивне відстеження флуктууючих швидкостей релаксації в надпровідних кубітах у реальному часі".

Триплетні надпровідники

Проведіть пальцем, щоб прокрутити →

Чому це має значення?

Теоретично, спін може бути ідеальним середовищем для передачі квантової інформації між кубітами та між різними квантовими комп'ютерами.

Проблема полягає в тому, що у своєму нинішньому вигляді технологія є надто нестабільною, а передача інформації надто складною, щоб бути практично корисною.

Однак це могло б бути неправдою, якби ми отримали доступ до триплетних надпровідників. Це пояснюється тим, що вони можуть передавати спін без втрати енергії, тому надпровідні частинки тепер несуть із собою спін.

«Триплетні надпровідники роблять можливими низку незвичайних фізичних явищ. Ці явища мають важливі застосування в квантовій технології та спінтроніці».

Професор Якоб Ліндер – Норвезький університет науки і технологій

Отже, хоча звичайніший синглетний надпровідник може передавати енергію без опору, триплетний надпровідник також може передавати спінові струми з абсолютно нульовим опором. В результаті квантовий або спінтронній комп'ютер може бути надшвидким, працюючи при цьому майже не використовуючи електроенергію!

Ніобій-ренієві сплави

У своїй роботі дослідники виявили, що NbRe, сплав ніобію та ренію, демонструє поведінку, характерну для триплетного надпровідника.

Точніше, вони виявили «ефект зворотного спінового клапана», окремий випадок гігантський магнітоопір, магнітна властивість багатошарових матеріалів, відкриття якої принесло Нобелівську премію 2007 року.

Саме по собі це не є доказом того, що NbRe є триплетним надпровідником, але це точно доводить, що він не поводиться так, як повинен поводитись звичайний синглетний надпровідник.

Довгостроковий потенціал

Це відкриття має додатковий потенціал, оскільки NbRe легкодоступний у формі тонких плівок, а простота гетероструктури робить її особливо життєздатною як потенційну масштабовану платформу для надпровідної спінтроніки.

Крім того, матеріал працює як надпровідник за відносно високої температури (принаймні за стандартами надпровідних матеріалів), або лише на 7 градусів Цельсія вище абсолютного нуля при -273.15 °C (-459.67 °F), тоді як більшості інших матеріалів-кандидатів потрібен лише один градус вище абсолютного нуля.

Однак, як ніобій, так і реній є дорогими та рідкісними металами, тому вони безпосередньо не зроблять квантові комп'ютери дешевшими.

Наступним кроком буде підтвердження цих висновків іншими дослідниками та проведення подальших тестів, що вказують на триплетну надпровідність.

Триплетні надпровідники також можна використовувати для створення дуже екзотичного типу частинок, які називаються «частинками Майорани», що є власною античастинкою. Таким чином, вони можуть стабільно виконувати обчислення в квантовому комп'ютері.

Як і інші дослідники наближення до використання частинок Майорана і Microsoft вже має чіп з нульовими режимами Majorana (MZM), це видається дедалі перспективнішим напрямком для майбутнього розвитку квантових обчислень.

Виявлення дефектів квантових матеріалів

Занадто швидкі зміни

Матеріали, в які вбудовані кубіти, часто демонструють дефекти, які відповідають за ненадійність кубіта. Ці дефекти можуть просторово коливатися надзвичайно швидко, іноді сотні разів на секунду.

Тож поточний метод виявлення цих дефектів, який може зайняти до хвилини, абсолютно недостатній для їх виявлення. Насправді, ніхто точно не знав, як швидко це відбувається, досі.

Натомість дослідники змушені вимірювати середню швидкість втрати енергії, що часто дає неповне уявлення про справжню продуктивність кубіта.

В результаті, квантові комп'ютери, що базуються на надпровідності, повинні покладатися на багато «хитрощів», щоб все ще виконувати свої обчислення, навіть коли кубіт часто зазнавав декогеренції, і користувач не міг цього виявити.

Використання класичних комп'ютерів для допомоги

Щоб пришвидшити виявлення дефектів, дослідники використали програмовану польовим способом вентильну матрицю (FPGA) – спеціалізований контролер. Ці спеціалізовані мікросхеми не такі гнучкі, як ті, що використовуються в центральних або графічних процесорах, але вони ультраспеціалізовані, набагато швидші у виконанні певного завдання та менш енергоємні.

Запустивши експеримент безпосередньо на FPGA, вони змогли сформувати «найкраще припущення» про те, як швидко кубіт втратить свою енергію, ґрунтуючись лише на кількох вимірюваннях.

Хоча це здається очевидним рішенням, правильне програмування FPGA було дуже складним, особливо якщо FPGA повинна бути трохи гнучкою.

Метод, який вони використовували, полягає в тому, що чіп оновлює свої внутрішні «знання», які називаються байєсівською моделлю, після кожного вимірювання кубіта.

джерело: Фізичний огляд X

Це дозволило системі безперервно адаптувати спосіб вивчення стану кубіта якомога ефективніше.

«Контролер забезпечує дуже тісну інтеграцію між логікою, вимірюваннями та зворотним зв'язком: ці компоненти зробили наш експеримент можливим».

Доцент Morten Kjaergaard – Інститут Нільса Бора

На шляху до калібрування в реальному часі

Досі індустрії квантових обчислень доводилося просто «сподіватися», що їхні кубіти все ще працюють, і наполегливо працювала над зменшенням ймовірності та швидкості декогеренції.

Але цей новий підхід відкриває шлях для розрахунків з активним вибором надійних кубітів, навіть з не ідеальними матеріалами.

«Завдяки нашому алгоритму, швидке керуюче обладнання може точно визначити, який кубіт є «хорошим» чи «поганим» практично в режимі реального часу. Ми також можемо збирати корисну статистику про «погані» кубіти за лічені секунди, а не за години чи дні».

Доцент Morten Kjaergaard – Інститут Нільса Бора

Зрештою, це відкриє нову галузь досліджень, де буде краще розуміння того, що робить окремий кубіт «поганим», замість того, щоб покладатися на середні значення та здогадки.

Висновок

Як і на зорі електроніки, прогрес у квантових обчисленнях відбуватиметься з багатьох напрямків.

Одним із важливих аспектів буде виробництво кращих надпровідних матеріалів, здатних створювати стабільніші та довговічніші кубіти. А можливо, також одночасно передавати інформацію у формі надпровідного спінового струму.

Тим часом, покращене виявлення декогеренції заданого кубіта може забезпечити метод, керований датчиками та програмним забезпеченням, для радикального покращення продуктивності без використання складніших або важковиробничих матеріалів.

Інвестування в інновації квантових обчислень

Microsoft

Хоча корпорація Майкрософт найбільш відома своєю дуже сильною присутністю в операційних системах з Windows, вона також є лідером у багатьох інших галузях техніки.

Наприклад, це лідер у бізнес-рішеннях, включаючи Office (Outlook, Word, Excel і PowerPoint), а також корпоративні дзвінки (Teams), спільне хмарне сховище (OneDrive), Visio (діаграми, діаграми), Loop (спільна робоча область) і Access (база даних).

Хоча Microsoft не є лідером у сфері хмарних сервісів (де домінує AWS від Amazon), вона забезпечує 20% світової хмарної інфраструктури через свою платформу Azure, що дорівнює сукупним часткам Google + Alibaba + Oracle.

джерело: Statista

Microsoft також є власником LinkedIn, GitHub, Xbox та багатьох найбільших у світі студій відеоігор.

Що стосується штучного інтелекту, Microsoft більше зосереджується на технічних варіантах використання та бізнес-додатках, ніж на споживчих програмах, зокрема з Програма AI4Science, про штучний інтелект, корисний для наукових досліджень.

Це включає, наприклад, пришвидшення роботи вчених-матеріалів із розробки нових молекул або електродів батареї завдяки наявності AI звужує 32 мільйони потенційних матеріалів до 500,000 800 кандидатів, а потім до 80 менш ніж за XNUMX годин.

джерело: Microsoft

Такі компанії, як Unilever, уже використовують цю «генеративну хімію» для прискорення своїх наукових відкриттів..

До цього часу, коли справа доходить до квантових обчислень, здавалося, що Microsoft відстає від Google або IBM; він пропонував хмарні послуги квантових обчислень Лазурний квант. Сервіс також може запропонувати «гібридні обчислення», які поєднують квантові обчислення з традиційними хмарними суперкомп’ютерними послугами.

джерело: Microsoft

Оскільки Microsoft випустила власний чіп на основі частинок Majorana на початку 2025 року, компанія стала одним зі світових лідерів у квантових обчисленнях.

З появою нових матеріалів, таких як триплетні надпровідники, або нових можливостей калібрування в реальному часі, цілком ймовірно, що Microsoft зможе продовжувати прогрес та інтегрувати ці нові інструменти у власні квантові комп'ютери.

(Ви також можете прочитати наша стаття детальніше висвітлює Microsoft в цілому щоб краще зрозуміти компанію).

Останні новини та події щодо акцій Microsoft (MSFT)

Посилання на дослідження

^{1. Ф. Коланджело та ін., Виявлення власної триплетної надпровідності в нецентросиметричному NbRe через ефекти зворотного спінового клапана. Phys. Rev. Lett. 135, 226002 – Опубліковано 25 листопада 2025 року. DOI: https://doi.org/10.1103/q1nb-cvh6
2Фабріціо Беррітта та ін. Адаптивне відстеження флуктууючих швидкостей релаксації в надпровідних кубітах у реальному часі. Phys. Rev. X 16, 011025 – Опубліковано 13 лютого 2026 р. DOI: https://doi.org/10.1103/gk1b-stl3}