نیاز به رشد برای مواد پیشرفته در محاسبات کوانتومی

محاسبات کوانتومی در مرز علم محاسباتی قرار دارد، ارائه پتانسیل برای حل مشکلات که برای سیستم های کلاسیک ناسازگار هستند، از رمزنگاری تا کشف مواد مخدر، الگوریتم های کوانتومی می توانند با استفاده از اصول عایق بندی کوانتومی و درهم تنیده شدن مواد مکانیکی، با این حال، مسیر به کامپیوترهای کوانتومی مقیاس پذیر، تحمل پذیر و ضعیف با چالش های علمی قدرتمند، طبیعت شکننده از عایق کوانتومی را به طور همزمان باز کنند که به طور کامل مواد شیمیایی فشرده می شوند: این وعده های کوچک، به طور همزمان.

سرامیک های پیشرفته چیست؟ ترکیب و ویژگی های منحصر به فرد

سرامیک پیشرفته، همچنین به عنوان سرامیک فنی یا مهندسی شناخته شده است [۷] مواد غیر فلزی، مواد غیر آلی پردازش شده تحت شرایط کنترل برای دستیابی به عملکرد برتر، بر خلاف سفال سنتی یا آجر، سرامیک پیشرفته از پودرهای باپور بالا (۳-۳) از طریق روش هایی مانند گناه، فشار گرم، یا رسوب بخار شیمیایی نمونه های رایج شامل (FLT0:0alumina [F2] [F2] [F2] [F2] [F2]

  • [Extreme حرارتی] ثبات: بسیاری از سرامیک های پیشرفته خواص مکانیکی و الکتریکی خود را از دمای مسوژنیک (پایین 1 K) تا چند صد درجه سانتیگراد نگه می دارند.
  • مقاومت الکتریکی بالا: [FLT 1] آنها به عنوان عایق های عالی عمل می کنند، به حداقل رساندن جریان نشت و زیان های دی الکتریک - برای حفظ حالت های کیوبیت حیاتی است.
  • گسترش حرارتی: تغییرات بعد از ظهر با دما حداقل، کاهش استرس در مجموعه های چند ماده.
  • سختی و قدرت مکانیکی: [FLT 1] آنها مقاومت در برابر تغییر شکل و سایش، ارائه پشتیبانی ساختاری قوی.
  • ناتوانی در کار: [FLT 1] مقاومت در برابر خوردگی و خارج از گاز، ثبات بلند مدت در محیط های خلاء یا مسری را تضمین می کند.

این خواص تصادفی نیستند؛ آنها از پیوند قوی ionic یا covalent و یک ساختار کریستالی ایجاد می شوند که می تواند از طریق پردازش پیشرفته طراحی شود.برای سخت افزار کوانتومی، ترکیب از دست دادن الکتریکی پایین و هدایت حرارتی بالا (در برخی از سرامیک مانند SiC) به ویژه ارزشمند است.

چالش های بحرانی در محاسبات کوانتومی و اینکه چگونه سرامیک کمک می کند

برای قدردانی از نقش سرامیک های پیشرفته، ضروری است که موانع اولیه در مهندسی دستگاه کوانتومی را درک کنیم:

وفاداری و فساد

Qubits به محیط زیست خود بسیار حساس هستند.هر گونه تعامل با میدان های الکتریکی گمراه، سر و صدا مغناطیسی یا فونون می تواند باعث شود که کیوبیت برای از دست دادن حالت کوانتومی خود - یک فرایند به نام decoherencer. [این محدودیت زمان (زمان پاک کننده) در طی آن عملیات کوانتومی می تواند انجام شود. سرامیک پیشرفته کمک با ارائه یک محیط دی اف.

مدیریت حرارتی در دمای Cryogenic

پردازنده های کوانتومی در دمای میلیکلوین در داخل یخچال های دیفف عمل می کنند، در حالی که بسیاری از مواد شکننده می شوند یا انقباضات حرارتی بزرگ را در چنین دمای پایین انجام می دهند، سرامیک های پیشرفته مانند نیتید سیلیکون و نیتید آلومینیوم یکپارچگی ساختاری خود را حفظ می کنند. برخی سرامیک ها همچنین هدایت حرارتی معتدل دارند (به عنوان مثال، نیتید آلومینیوم -180 / mK در دمای اتاق، هنوز هم قابل استفاده هستند که بدون استفاده از گرمایش داخلی است.

دانلود بازی Noise Isolation and Shield

صدای الکتریکی - از خطوط کنترل، الکترونیک نزدیک یا حتی خود بستر - می تواند عملیات فاسد کیوبیت را انجام دهد. سرامیک به عنوان لایه های انزوای الکتریکی در اتصال و سیم کشی بالا استفاده می شود.

سرامیک های پیشرفته خاص در دستگاه های کوانتومی

چندین سرامیک نقش های تخصصی در معماری محاسباتی کوانتومی پیدا کرده اند:

Alumina (Al2O3)

Alumina رایج ترین مواد بستر برای پیش بینی های ابررسانی است (به دلیل از دست دادن مایکروویو پایین و دسترسی تجاری به شکل wafer.ness سطح آن می تواند برای کاهش دو سطح سیستم (TLS) که باعث کاهش آلودگی می شود، گروه های تحقیقاتی در Rigetti Computing و MIT[FLT 1) از یک بستر نور خالص برای دستیابی به 100 برابر استفاده کرده اند.

سیلیکون اسکوت (SiC)

SiC به دلیل هدایت حرارتی بالا و توانایی میزبانی مراکز فرار نوری فعال (به عنوان مثال، تخلیه سیلیکون) که می تواند به عنوان کیوبیت های اسپینی عمل کند، همچنین به عنوان یک بستر برای مدارهای ابررسانی فعال در هنگام بهبود مدیریت حرارتی استفاده می شود.

Zirconia (ZrO2) و Ytria-Stabilized Zirconia (YSZ)

Zirconia سختی شکستگی و ثبات شیمیایی استثنایی را ارائه می دهد. YSZ به عنوان یک بستر برای رسوب نازک فیلم ابررسانندگان درجه حرارت بالا (به عنوان مثال، YBCO) استفاده می شود و می تواند به عنوان یک لایه بافر برای مواد جدید کیوبیت ثابت استفاده شود، با این حال، ممکن است استفاده نزدیک به qubit را محدود کند؛ آن برای بسته بندی و اجزای آن مناسب تر است.

بازی سیلیکون نیتride (Si3N4)

نیتید سیلیکون به دلیل قدرت مکانیکی بالا و از دست دادن نوری کم شناخته شده است، و آن را به یک پلت فرم برای محاسبات کوانتومی فوتونیک تبدیل می کند. آن را در ساختارهای موجاگید و Resonator برای اپتیک کوانتومی بر روی تراشه استفاده می شود.

تحقیقات و پیشرفت های فعلی

ادغام سرامیک های پیشرفته به دستگاه های کوانتومی یک منطقه فعال از تحقیقات است که در سال های اخیر چندین پیشرفت قابل توجه دارد:

  • ] Ceramic 3D Circuit QED: در سال 2021، محققان در Yale University [ [ از یک حفره درخشان با خرید بالا برای دستیابی به عملیات کوانتومی تک فوتون با اتصال رکورد استفاده کردند.
  • عایق های الکتروماتیک برای مدارهای یون: کامپیوترهای کوانتومی یون فشرده نیاز به مواد است که می توانند ولتاژ بالا را تحمل کنند و دارای سرامیک پیشرفته مانند شیشه شیشه ای قابل هضم (به عنوان مثال، Macor) به عنوان در عایق فضایی و حامل های حرارتی استفاده می شوند.
  • خوراک های بیماری زا [FLT] مهر و موم سرامیک به فلز برای انتقال سیگنال کم اهمیت است.شرکت هایی مانند FLT:2CeramTec و Morgan مواد پیشرفته تولید خوراک فیزیکی خود را با استفاده از یک نورو یا (در حال کاهش استفاده از آن است.
  • زیرمجموعه های فرعی برای Qubits Topological: کیوبیت های Topological به مواد عجیب و غریب مانند نانوسیم ها متکی هستند.

این مثال ها نشان دهنده گستره برنامه های سرامیکی، از ساختارهای پشتیبانی منفعل گرفته تا محیط های فعال کیوبیت است.

آینده چشم انداز و Pathways ادغام

انتظار می رود که سرامیک های پیشرفته نقش یکپارچه تری ایفا کنند.یک جهت امیدوار کننده توسعه سرامیک سرامیک-semi Weatheror سیستم های کوانتومی علاوه بر آن، با جاسازی سیلیکون با مراکز رنگی (مانند مرکز NV در الماس اما در SiC)، محققان هدف ایجاد یک رابط کوانتومی مقیاس پذیر برای ساخت قطعات برشی پیچیده دیگر (مانند کاهش سریع ضخامت فیلم).

Key Takeaway: آینده محاسبات کوانتومی بستگی به موادی دارد که به طور همزمان می توانند عایق الکتریکی، مدیریت حرارتی و از دست دادن سرامیک های پیشرفته به طور منحصر به فرد برای پاسخگویی به هر سه معیار قرار می گیرند و تحقیقات مداوم آنها را از آزمایشگاه به سیستم های کوانتومی تجاری می آورد.

نتیجه گیری

محاسبات کوانتومی یکی از هیجان انگیز ترین و چالش برانگیزترین مرزها در علم است، در حالی که توجه زیادی بر طراحی کیوبیت و تصحیح خطا متمرکز است، موادی که خانه و محافظت از این کیوبیت ها به همان اندازه حیاتی هستند. سرامیک پیشرفته - با وجود سیستم های محاسباتی حرارتی استثنایی آنها، عایق الکتریکی و استحکام مکانیکی - یک راه حل قانع کننده برای بسیاری از محدودیت های مواد که در حال حاضر محدود عملکرد از یک بستر کوانتومی به توسعه فن آوری های بنیادی است، به عنوان سیستم عامل های مهندسی سرامیک، به عنوان یک واقعیت مولکولی، به عنوان یک سیستم عامل های محاسباتی مولکولی، به عنوان یک سیستم عامل های فنی، به عنوان یک واقعیت مولکولی، به عنوان یک واقعیت مولکولی، به عنوان یک سیستم عامل های محاسباتی مولکولی، به عنوان یک سیستم عامل های مهندسی مواد، به عنوان یک سیستم عامل های فنی، به عنوان یک ترکیب مواد، به عنوان یک سیستم عامل های محاسباتی، به عنوان یک ترکیب بندی مواد، به عنوان یک ترکیب بندی مواد، به عنوان یک سیستم عامل های فنی پیشرفته، به عنوان یک سیستم عامل های محاسباتی، به عنوان یک ترکیب بندی مواد، به عنوان یک سیستم عامل های مهندسی سرامیک، به عنوان یک سیستم عامل های مهندسی سرامیک، به عنوان یک سیستم عامل های محاسباتی کوانتومی، به طور منسجم و یکپارچه سازی مواد، به عنوان یک سیستم عامل های