Тантал - ключ к квантовому будущему: как этот металл помогает создавать лучшие кубиты

Квантовые компьютеры - это устройства, которые используют особенности квантовой физики для обработки информации. Они могут решать задачи, которые недоступны для обычных компьютеров, такие как расшифровка кодов, моделирование сложных систем и оптимизация ресурсов. Однако квантовые компьютеры сталкиваются с серьезными проблемами, связанными с сохранением квантовых данных на долгое время. Это время называется временем когерентности, и оно определяет, насколько долго кубит - основной элемент квантового компьютера - может находиться в суперпозиции двух состояний - 0 и 1.

Ученые из разных организаций, включая Центр функциональных наноматериалов (CFN), Национальный синхротронный источник света II (NSLS-II), Центр совместного проектирования для квантового преимущества (C2QA) и другие, исследуют различные материалы для создания кубитов с более длинным временем когерентности. Они обнаружили , что тантал - сверхпроводящий металл с высокой температурой плавления и устойчивостью к коррозии - значительно улучшает производительность кубитов. Кубиты на основе тантала могут сохранять квантовую информацию более полумиллисекунды, что в пять раз дольше, чем кубиты из других металлов.

Оксид тантала (TaOx) охарактеризован с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.

Чтобы понять, почему тантал так хорошо работает, ученые изучили его химический профиль с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии на станции NSLS-II. Этот метод позволяет определить состав и толщину слоя оксида тантала на поверхности кубитов. Оказалось, что этот слой неоднородный и содержит разные формы оксида тантала с разной электронной структурой и связностью. Также выяснилось, что толщина слоя оксида тантала зависит от того, как он образуется - в воздухе или в вакууме.

Ученые предположили, что неоднородность слоя оксида тантала может создавать локальные электрические поля, которые могут мешать квантовому состоянию кубитов. Они также предположили, что некоторые формы оксида тантала могут быть сверхпроводящими и уменьшать потери энергии в кубитах.

Исследование может помочь ученым разработать новые способы модификации поверхности тантала, чтобы сделать слой оксида тантала более однородным и оптимальным для кубитов. Эксперимент поможет создать более мощные и надежные квантовые компьютеры в будущем.