הפוטנציאל של Ceramics מתקדם ב- Quantum Computing מכשירים

הגידול צריך חומרים מתקדמים ב- Quantum Computing

מחשוב קוונטי עומד על גבול המדע חישובי, המציע את הפוטנציאל לפתור בעיות שאינן עקביות עבור מערכות קלאסיות.מ קריפטוגרפיה ועד גילוי סמים, אלגוריתמים קוונטיים יכולים לחולל מהפכה בתעשיות על ידי מינוף עקרונות של סופרפוזיציה וסבך.עם זאת, הדרך לשילוב חומרים כימיים מתקדמים במקביל, חומרים קוונטיים-מסלוליים מלאים של סרטן, לעתים קרובות טמפרטורות כימיות גבוהות וארוכותרות, כגון טמפרטורות גבוהות של קרינה מתקדמות.

מה הם Ceramics מתקדם? קומפוזיציה ונכסים ייחודיים

(המתכות המתקדמות, הידועות גם כקרמיקה טכנית או הנדסית, הן חומרים לא-מטאליים, לא אורגניים המעובדים בתנאים מבוקרים כדי להשיג ביצועים מעולים, בניגוד לרייח או לבנים מסורתיים, קרמיקה מתקדמת מסונתזת אבקות גבוהות באמצעות שיטות כמו nitering, nitraing, a hot, or Chemical vapor deposition: 7F:0alumina (Al2phiFir) 3Ricbird) 3, 3, 3, 3R2Fic:2Fic:2R2Fic:

תכונות אלה אינן מקריות; הן נובעות מחיבור חזק או קוהנדסי ומבנה גבישי שניתן להתאים באמצעות עיבוד מתקדם.עבור חומרה קוונטית, השילוב של אובדן חשמל נמוך ו מוליכות תרמית גבוהה (בכמה קרמיקה כמו סי.C) הוא בעל ערך במיוחד.

אתגרים קריטיים ב- Quantum Computing וכיצד Ceramics Help

כדי להעריך את התפקיד של קרמיקה מתקדמת, חיוני להבין את המכשולים העיקריים בהנדסת מכשירים קוונטיים:

המונחים: Qubit Coherence and Decoherence

Qubits רגישים במיוחד לסביבה שלהם.כל אינטראקציה עם שדות חשמליים משוטטים, רעש מגנטי או phonons יכול לגרום qubit לאבד את המדינה הקוונטית שלה - תהליך שנקרא decoherence. זה מגביל את הזמן (זמן חירום) במהלך אשר פעולות קוונטיות ניתן לבצע. קרמיקה מתקדמת עזרה על ידי מתן סביבה דיאלקטרית נמוכה:0loss-electric diconullowing הסביבה, למשל, ירידה מינימלית של מיקרוגלים, יש צורך לעתים קרובות יותר.

ניהול תרמי בטמפרטורות Cryogenic

מעבדים קוונטיים פועלים בטמפרטורות מילימטר בתוך מקררים דילוליים.בעוד חומרים רבים הופכים לחיכים או עוברים התכווצות תרמיות גדולות בטמפרטורות נמוכות כאלה, קרמיקה מתקדמת כמו סיליקון ואלומיניום ניטריד לשמור על השלמות המבנית שלהם.כמה קרמיקה יש גם מוליכות תרמית מתונה (למשל, אלומיניום ניטריד -180 / mK בטמפרטורה, עדיין סבירים בטמפרטורה נמוכה), אשר מסייעות T ללא הכיור חשמלי.

רעש וחסם

רעש חשמלי - מקווי בקרה, אלקטרוניקה סמוכים, או אפילו תת-קרקעית עצמה - יכול להיות מושחת פעולות qubit. Ceramics לשמש כמו FLT:0dielectric בידוד שכבותFLT:1 בחיבורים ובידור. לדוגמה, מחסומים קרמיקה והזנת דרך משמשים כדי לנתב אותות לתוך הצעקות תוך מניעת לולאות ודליפות גבוהה שלהם מאפשר גם מתח גבוה עבור צוואר הרחם ללא צלבים.

Ceramics מתקדם ב- Quantum Devices

כמה קרמיקה מצאו תפקידים מיוחדים באדריכלות מחשוב קוונטית:

אל-2O3)

אלומיניום הוא החומר הנפוץ ביותר substrate עבור qubits עקב אובדן מיקרוגל נמוך וזמינות מסחרית בצורת wfer.החוספס משטח שלה ניתן לשלוט כדי להפחית שני-מערכת (TLS) פגמים שגורמים decoherence. קבוצות מחקר ב FLT:0igetti מחשוב ו-MITFLT:1 השתמש subluminates כדי להשיג coertsretsts 100 פעמים ב transqubitqubitquer.

Silicon Carbide (SiC)

SiC צובר מתח בגלל התנהגות תרמית גבוהה שלה ויכולת לארח מרכזי פגם פעילים אופטית (למשל, סיליקון פנוי) שיכול לשמש כספין-ביטס.זה משמש גם כמצע לעיגולים על-מוליכים על-ידי העיגולים כאשר שיפור ניהול תרמי הוא צורך.

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

Zirconia מציעה קשיחות שבר יוצאת דופן ויציבות כימית. YSZ משמש כמצע עבור פיזור סרט דק של מוליכים סופר-מעבדה גבוהה (למשל, YBCO) ויכול לשמש כשכבה buffer עבור חומרים חדשים קווביט.זה קבוע דיאלקטרי שלה, עם זאת, עשוי להגביל את השימוש ליד ה-qubit עצמו; הוא מתאים יותר עבור אריזה ומגן.

סיליקון ניליד (Si3N4)

ניטריד הסיליקון ידוע בזכות העוצמה המכנית הגבוהה שלה ואובדן אופטי נמוך, מה שהופך אותו פלטפורמה למחשוב קוונטי פוטוני.זה משמש גל מוד ומבני resonator עבור אופטים קוונטיים שבב.כוחו של טנסולי מאפשר מלמברנס דק כי הם חזקים מכנית.

מחקר ופרק דרך

שילוב של קרמיקה מתקדמת למכשירים קוונטיים הוא תחום פעיל של מחקר, עם מספר התפתחויות בולטות בשנים האחרונות:

דוגמאות אלה ממחישות את רוחב היישומים הקרמיקה, ממבני תמיכה פסיביים ועד סביבות qubit פעיל.

אפשרויות לעתיד ודרכי אינטגרציה

במבט קדימה, קרמיקה מתקדמת צפויה לשחק תפקיד משולב עוד יותר.כיוון מבטיח אחד הוא פיתוח של ⁇ :0hybrid קרמיקה-semiconductor הקוונטים מערכות קוונטיות 1 על ידי הטמעת קרטודה סיליקון עם מרכזי צבע (כגון מרכז NVries ביהלומים, אך בסיינט C), במטרה ליצור ממשק פוטוני מדרגי עבור רשתות קוונטיות אחרות הוא השימוש בטכניקות נית מתקדמות יותר של היתוך (למשל קרמיקה) כגון קרמיקה (Ricicial Rence) של קרמיקה (מפרקטיקות) של קרמיקה (Ricial) כגון קרמיקה) קרמיקה (Ricial Recongicial Reduction) קרמיקה) של קרמיקה) קרמיקה (Ricial Reduction) לשיפור עובי קרמיקה) של קרמיקה (Ricial Reduction) קרמיקה (Ricial Reduction) קרמיקה) קרמיקה) של קרמיקה (Ricial Reductions) של קרמיקה (Ricial Reduction) של קרמיקה (Ricial Reductions) של קרמיקה (Ricial Reduction) של קרמיקה (Ricial Reduction) של קרמיקה) של קרמיקה) כדי לשפר את עובי קרמיקה (Ricial (R

(FLT:0Key Takeaway:FLT:1 העתיד של מחשוב קוונטי יהיה תלוי בחומרים אשר יכולים במקביל לספק בידוד חשמלי, ניהול תרמי והפסד מיקרוגל נמוך. קרמיקה מתקדמת ממוקמים ייחודי כדי לענות על כל שלושת הקריטריונים, ומחקר מתמשך מביא אותם מן המעבדה לתוך מערכות קוונטיות מסחריות.

מסקנה

מחשוב קוונטי נשאר אחד הגבולות המרגשים והמאתגרים ביותר במדע.בעוד תשומת לב רבה מתמקדת בעיצוב ותיקון שגיאות של qubit, החומרים הביתיים והגנת ה-qubits האלה הם חיוניים באותה מידה. קרמיקה מתקדמת - עם יציבות תרמית יוצאת דופן שלהם, בידוד חשמלי ועוצמה מכנית - כמו פתרון משכנע למגבלות החומריות שמגבילות כיום את הביצועים.