Komputery kwantowe obiecują ogromny skok wydajności w porównaniu z klasycznymi maszynami. Ich działanie opiera się na kubitach, które wykorzystują zjawiska mechaniki kwantowej, takie jak superpozycja i splątanie. Problem polega jednak na tym, iż układy kwantowe są niezwykle wrażliwe na zakłócenia. Nawet niewielkie oddziaływania z otoczeniem mogą prowadzić do błędów obliczeń, co sprawia, że utrzymanie stabilności operacji jest jednym z największych wyzwań tej technologii.
Zespół naukowców związanych z Norweskim Uniwersytetem Nauki i Technologii (NTNU) uważa, że klucz do rozwiązania tego problemu może tkwić w specyficznej klasie materiałów zwanych nadprzewodnikami trypletowymi. Nadprzewodniki to materiały przewodzące prąd elektryczny bez żadnego oporu. W klasycznych nadprzewodnikach elektrony tworzą tzw. pary Coopera w stanie singletowym, co oznacza, iż ich spiny wzajemnie się znoszą. W nadprzewodnikach trypletowych sytuacja wygląda inaczej: pary elektronów zachowują spin.
Ta różnica ma ogromne znaczenie technologiczne. W nadprzewodniku trypletowym możliwe jest przesyłanie nie tylko prądu elektrycznego, lecz także tzw. prądu spinowego, czyli informacji zakodowanej w spinie elektronów, i to bez strat energii. Taka właściwość może być niezwykle cenna dla spintroniki oraz przyszłych układów kwantowych, ponieważ pozwala transportować informacje w bardziej stabilny i energooszczędny sposób.
Naukowcy podkreślają, że taki materiał mógłby także umożliwić powstawanie bardzo egzotycznych kwazicząstek, takich jak fermiony Majorany. Te niezwykłe obiekty są własnymi antycząstkami i od lat uznaje się je za obiecującą podstawę tzw. topologicznych komputerów kwantowych, które mogłyby być znacznie bardziej odporne na błędy niż obecne konstrukcje. Członkowie zespołu badawczego analizowali stop niobu i renu, oznaczany jako NbRe. Wyniki pokazują, iż materiał ten zachowuje się inaczej niż typowe nadprzewodniki i wykazuje cechy zgodne z nadprzewodnictwem trypletowym.
Dodatkową zaletą stopu NbRe jest stosunkowo wysoka temperatura przejścia w stan nadprzewodzący. Materiał zachowuje nadprzewodnictwo w temperaturze około -266 stopni Celsjusza. Choć w codziennym rozumieniu nadal jest to ekstremalnie zimno, w świecie fizyki nadprzewodników jest to wartość znacznie wyższa niż w wielu innych kandydatach na nadprzewodniki trypletowe, które wymagają temperatur bliskich zera absolutnego.
Czytaj też: Fizycy stworzyli katapultę, a teraz strzelają z niej elektronami. Zbliżają się do granic fizyki
Odkrycie nadprzewodnika trypletowego byłoby przełomem nie tylko dla komputerów kwantowych, ale i dla całej dziedziny fizyki materiałów. Materiały zdolne do bezstratnego transportu zarówno ładunku, jak i spinu mogłyby umożliwić powstanie ultraszybkich oraz niezwykle energooszczędnych urządzeń obliczeniowych. W takim scenariuszu komputery kwantowe przyszłości mogłyby wykonywać złożone obliczenia przy minimalnym zużyciu energii. Dziś pozostaje to jednym z największych wyzwań technologii kwantowej.
