Глава 1142. Чувствительное квантовое наложение битов •
Цзиньлин, зона высокотехнологичного развития Сися.
С момента основания Исследовательского института материалов Чухай здесь, после почти десяти лет развития, зона высокотехнологичного развития Сися стала одной из ведущих зон развития высокотехнологичной промышленности в стране.
Изначально зона высокотехнологичного развития Сися специализировалась в основном на материаловедении и новых материалах, а близлежащие заводы в основном полагались на патентные технологии Исследовательского института материалов Чухай.
Но с разработкой передовых технологий и материалов, таких как искусственная тонкопленочная SEI, литий-серные батареи, высокотемпературные сверхпроводники и сверхпроводники комнатной температуры, здесь уже сформировался супер-индустриальный парк площадью более 400 квадратных километров.
Различные материалы и продукты, разработанные и произведенные здесь, экспортируются по всей стране и даже по всему миру.
В прекрасном месте возле реки Янцзы два здания высотой более 30 этажей и парк площадью более 1000 акров являются штаб-квартирой Исследовательского института материалов Чухай.
Хотя Сюй Чуань и не занимался непосредственным управлением этим исследовательским институтом, благодаря своему лидерству и преимуществам в области литий-ионных аккумуляторов, сверхпроводящих материалов и углеродных нанотрубок, он вырос из небольшой лаборатории с первоначальным капиталом в 20 миллионов до одного из ведущих исследовательских институтов страны менее чем за десять лет.
Спешно прибыв с места проведения Международного конгресса математиков, Сюй Чуань не стал терять времени и сразу же нашел Фань Пэнъюэ.
Старший брат, получивший предварительное уведомление, ждал его в офисе. Увидев Сюй Чуаня, он быстро встал и приветливо улыбнулся.
— Прибыл, довольно быстро.
Сюй Чуань кивнул и сказал: — Я приехал, как только получил твой звонок, расскажи сначала о прогрессе в исследованиях квантовых чипов.
Фань Пэнъюэ улыбнулся и сказал: — Пойдем со мной, ты все поймешь, когда доберемся до лаборатории.
Сказав это, он встал и повел Сюй Чуаня к лаборатории.
Так называемый квантовый чип — это интеграция квантовых цепей на подложке для реализации функций квантовой обработки информации.
Это основной путь развития квантовых компьютеров. Независимо от того, идет ли речь о сверхпроводящих квантовых системах, квантовых точках, микро- и нанофотонике или атомных и ионных системах, все стремятся к чипизации.
Причина проста: опираясь на историю развития традиционных компьютеров, исследования квантовых компьютеров после преодоления узких мест должны идти по пути интеграции, чтобы достичь коммерциализации и модернизации промышленности.
С точки зрения развития, сверхпроводящие квантовые чиповые системы технически опережают другие физические системы. Традиционные квантовые точечные системы также являются целью, к которой стремятся люди.
Потому что традиционная полупроводниковая промышленность уже очень развита, и если время декогеренции и точность управления полупроводниковым квантовым чипом преодолеют порог отказоустойчивых квантовых вычислений, можно будет использовать существующие достижения традиционной полупроводниковой промышленности, что значительно снизит затраты на разработку.
Но эта дорога очень сложна.
Стабильность и декогеренция квантовых битов, реализация квантовой коррекции ошибок и логических квантовых битов, а также масштабируемость квантовых вычислительных систем — это три основные проблемы в развитии квантовых чипов. Каждая из них является приоритетным направлением исследований ведущих институтов квантовых вычислений и соответствующих лабораторий по всему миру.
Особенно стабильность и декогеренция квантовых битов являются ключевыми проблемами, поскольку они связаны со стабильностью квантовых вычислений.
Для квантовых вычислений их практическая ценность зависит от целостности квантовых битов (кубитов).
Каждый квантовый бит, находящийся в состоянии квантовой суперпозиции, обладает удивительной способностью одновременно нести два состояния, реализуя квантовую версию параллельных вычислений.
Если можно масштабировать квантовый компьютер и разместить большое количество кубитов на одном процессоре, то он будет намного быстрее современных обычных компьютеров и сможет решать более сложные задачи.
Но все это зависит от целостности квантовых битов, то есть от того, как долго они могут работать до потери состояния суперпозиции и квантовой информации.
Этот процесс называется декогеренцией и в конечном итоге ограничивает время работы компьютера.
Сверхпроводящие кубиты являются сегодня основным типом кубитов и уже достигли экспоненциального улучшения этого ключевого показателя.
В 1999 году время их непрерывной работы составляло менее наносекунды. Хотя после вступления в двадцать первый век были достигнуты значительные успехи в декогеренции, то есть в состоянии суперпозиции и квантовой информации, к 2024 году оно достигло секунд.
Но это все еще не полностью решенная проблема.
Это так сложно, потому что состояние суперпозиции квантовых битов слишком чувствительно.
Насколько оно чувствительно? Низкоуровневое, но безвредное фоновое излучение, испускаемое незначительными элементами, которые могут распадаться в бетонной стене, может мешать квантовым битам, хранящимся в современных квантовых чипах.
Не только это, но и космические лучи, попадающие на Землю, могут вызвать декогеренцию квантовых битов.
И он нашел решение этой проблемы, когда решил теоретическую структуру сильно коррелированных электронных систем, используя теоретическую структуру топологических сверхпроводников в сильно коррелированных электронных системах.
Или, другими словами, теория.
А именно концепция ‘майорановских нулевых мод’ материалов, применяемых в направлении топологических квантовых вычислений, отличающаяся от обычных сверхпроводящих материалов.
Теоретически, путем регулирования внешнего магнитного поля можно реализовать упорядоченную, регулируемую плотность и геометрическую структуру вихревой структуры, что обеспечивает идеальную материальную платформу для манипулирования и плетения ‘майорановских нулевых мод’.
А четыре майорановских нулевых моды можно сплести в топологический квантовый бит, и эта операция с квазичастицами является важным способом реализации отказоустойчивых топологических квантовых вычислений, и его стабильность намного превосходит другие квантовые чипы.
Потому что он напрямую избегает сложной проблемы традиционного квантового сверхпроводящего — полупроводникового интерфейса.
Но теория — это всего лишь теория, и в реальности построить такой подходящий топологический квантовый материал сопряжено с огромным количеством проблем.
Например, требуемые характеристики слишком далеки от уровня Ферми, слишком широкий диапазон распределения энергии и так далее.
Пока он не решил механизм и характеристики возникновения топологических состояний в сильно коррелированных системах, он не нашел осуществимого теоретического решения для построения такого подходящего топологического квантового материала.
Но чтобы превратить эту теорию в реальность, все равно потребуется невероятно долгое время.
Именно этим занимается научно-исследовательская группа, совместно созданная Институтом новых материалов Чуаньхай и Институтом квантовой информации и квантических инноваций Академии наук Хуа.
Прошло пять лет с тех пор, как он представил совершенную осуществимую теорию в 2021 году.
И вот, наконец, произошел прорыв.