Jak 2D materiály mohou vést k rychlejším počítačům

Klíčové jídlo

• Vědci tvrdí, že použití dvourozměrných materiálů by mohlo vést k rychlejším počítačům.
• Objev by mohl být součástí nadcházející revoluce v oboru, který zahrnuje kvantové počítače.
• Společnost Honeywell nedávno oznámila, že vytvořila nový rekord v kvantovém objemu, měřítku celkového výkonu.

Nedávný pokrok ve fyzice by mohl znamenat výrazně rychlejší počítače, které by vedly k revoluci ve všem, od objevování drog po pochopení účinků změny klimatu, říkají odborníci. Vědci detekovali a mapovali elektronická otočení v novém typu tranzistoru. Tento výzkum může vést k rychlejším počítačům, které využívají výhod přirozeného magnetismu elektronů místo svého náboje. Objev by mohl být součástí nadcházející revoluce v této oblasti, která zahrnuje kvantové počítače. „Kvantové počítače zpracovávají informace zásadně odlišným způsobem než klasické počítače, což jim umožňuje řešit problémy, které jsou u dnešních klasických počítačů prakticky neřešitelné,“ uvedl v e-mailovém rozhovoru John Levy, spoluzakladatel a generální ředitel kvantové výpočetní firmy Seeqc. . „Například v experimentu provedeném společností Google a NASA byly výsledky konkrétní kvantové aplikace generovány za malý počet minut ve srovnání s odhadovanými 10 000 lety, které by trvalo nejvýkonnější superpočítač na světě.“

Dvourozměrné materiály

V nedávném objevu vědci prozkoumali novou oblast zvanou spintronika, která k výpočtu využívá rotaci elektronů. Současná elektronika používá k výpočtu elektronový náboj. Monitorování otáčení elektronů se však ukázalo jako obtížné. Tým vedený divizí materiálových věd na univerzitě v Tsukubě tvrdí, že použil elektronovou spinovou rezonanci (ESR) ke sledování počtu a umístění nepárových spinů pohybujících se tranzistorem disulfidem molybdenu. ESR používá stejný fyzikální princip jako přístroje MRI, které vytvářejí lékařské snímky. „Představte si, že vytvoříte kvantovou počítačovou aplikaci dostatečnou k simulaci bezpečnosti a účinnosti klinických studií s drogami – aniž byste je testovali na skutečné osobě.“ Pro měření tranzistoru bylo nutné zařízení ochladit na pouhé 4 stupně nad absolutní nulou. „Signály ESR byly měřeny současně s odtokovými a hradlovými proudy,“ uvedl ve zprávě profesor Kazuhiro Marumoto, spoluautor studie. Byla použita sloučenina zvaná disulfid molybdenu, protože její atomy tvoří téměř plochou dvourozměrnou (2D) strukturu. „Teoretické výpočty dále určily původ otáčení,“ uvedla ve zprávě další profesorka Małgorzata Wierzbowska, další spoluautorka.

Pokroky v kvantovém počítání

Kvantové výpočty jsou další oblastí výpočtu, která rychle postupuje. Společnost Honeywell nedávno oznámila, že vytvořila nový rekord v kvantovém objemu, měřítku celkového výkonu. „Tento vysoký výkon v kombinaci s měřením v obvodu s nízkou chybou poskytuje jedinečné možnosti, s nimiž mohou vývojáři kvantových algoritmů inovovat,“ uvedla společnost ve vydání. Zatímco klasické počítače se spoléhají na binární bity (jedničky nebo nuly), kvantové počítače zpracovávají informace pomocí qubitů, které díky kvantové mechanice mohou existovat buď jako jedna nebo nula nebo obojí současně – exponenciálně zvyšující výpočetní výkon, uvedl Levy. Kvantové počítače mohou provozovat řadu významných vědeckých a obchodních problémových aplikací, o nichž se dříve myslelo, že jsou nemožné, uvedl Levy. Obvyklá opatření rychlosti jako megahertz se na kvantové výpočty nevztahují. Důležitá část o kvantových počítačích není o rychlosti ve způsobu, jakým přemýšlíme o rychlosti u tradičních počítačů. „Ve skutečnosti tato zařízení často pracují mnohem vyšší rychlostí než kvantové počítače,“ řekl Levy.

„Jde o to, že kvantové počítače mohou provozovat řadu důležitých vědeckých a obchodních problémových aplikací, o nichž se dříve myslelo, že je nemožné.“ Pokud se kvantové počítače stanou praktickými, způsoby, jakými by tato technologie mohla ovlivnit životy jednotlivců prostřednictvím výzkumu a objevování, jsou nekonečné, řekl Levy. „Představte si, že vytvoříte kvantovou počítačovou aplikaci dostatečnou k simulaci bezpečnosti a účinnosti klinických studií s drogami – aniž byste je testovali na skutečné osobě,“ řekl. „Nebo dokonce kvantová počítačová aplikace, která dokáže simulovat celé modely ekosystémů, což nám pomůže lépe zvládat a bojovat proti dopadům změny klimatu.“ Počáteční fáze kvantových počítačů již existují, ale vědci se snaží najít praktické využití. Levy uvedl, že Seeqc plánuje do tří let dodat „kvantovou architekturu, která je postavena na problémech reálného světa a má schopnost škálovat tak, aby vyhovovala potřebám podniků.“ Kvantové počítače nebudou průměrnému uživateli k dispozici roky, řekl Levy. „Ale obchodní aplikace pro tuto technologii se již projevují v intenzivních průmyslových odvětvích, jako je farmaceutický vývoj, optimalizace logistiky a kvantová chemie,“ dodal.