Супертвердый материал: ключ к новой эпохе в квантовых вычислениях

В свете нарастающего технологического противостояния между США и Китаем, группа учёных под руководством Китая объявила о важном открытии, которое может оказать революционное влияние на квантовые вычисления.

Это открытие имеет особое значение для Китая, страны, которая в значительной степени зависит от импорта гелия, ключевого охлаждающего элемента для высокотехнологичных приложений. Исследователи стремятся решить проблему растущего спроса на гелий, который является дефицитным ресурсом, особенно гелий-3, используемый в экстремальных условиях.

Проблема с гелием и последствия технологической войны

По мере обострения напряженности между США и Китаем последний сталкивается с риском ограниченного доступа к дилюционным холодильникам, необходимым для сверхнизких температур. Эти холодильники, жизненно важные для создания условий в квантовых вычислениях, уже трудно достать. Зависимость Китая от импорта гелия, особенно из США, добавляет новый уровень сложности в технологическое соперничество. В ответ на нехватку гелия международная команда под руководством исследователей из лаборатории Китайской академии наук в Пекине начала поиски твердого материала, способного достигать значительных изменений энергии при переходе между состояниями.

После обширных экспериментов они открыли кобальтовый квантово-магнитный материал, названный "супертвердым". Этот материал обладает как твердыми, так и жидкими характеристиками, что демонстрирует его потенциал в качестве альтернативного охлаждающего вещества.

Ученые отметили, что "супертвердый" материал демонстрирует охлаждение до температур ниже одного кельвина, что дает возможность достижения сверхнизких температур. В физике сверхнизкие температуры - это диапазон от 0 до 4,2 кельвина, который имеет решающее значение для развития технологий, таких как квантовые вычисления.

Профессор Сунь Пэйцзе из Пекинской национальной лаборатории физики конденсированного состояния подчеркнул новый подход к достижению сверхнизких температур с помощью твердотельных материалов.

Зависимость квантовых технологий от гелия Дефицит гелия, особенно гелия-3, серьезно затрудняет стремления Китая в области квантовых технологий. С учетом того, что в 2022 году 94% гелия Китай импортировал, зависимость страны от России и США для получения гелия-3 остается проблемой.

Хотя исследователи признают, что их открытие находится на ранней стадии, они утверждают, что оно предлагает теоретический путь к достижению крайне низких температур без использования гелия.

Стремление Китая к квантовым технологиям, включая квантовые коммуникации и вычисления, зависит от поддержания сверхнизкой температуры. Необходимость в дилюционных холодильниках, которые Китаю трудно получить из-за границы, затрудняет развитие квантовых технологий в стране.

Несмотря на значительные инвестиции и государственную поддержку, обеспечение этой ключевой технологии остается сложной задачей.

Долгий путь впереди: от эксперимента к применению

Хотя исследовательская группа достигла прогресса в воспроизведении и применении своих экспериментов в конкретных условиях, существуют признанные ограничения для нового материала. Профессор Сунь Пэйцзе отмечает, что материал необходимо использовать в среде, уже охлажденной до примерно четырех кельвинов. Кроме того, необходимо преодолеть инженерные проблемы, прежде чем широкое применение станет возможным.

Импликации исследования выходят за рамки технологического прогресса, становясь отправной точкой для дальнейших дискуссий и исследований в области фундаментальной физики. Профессор Сунь предполагает, что подтверждение существования супертвердых материалов может вдохновить ученых на изучение других материалов, потенциально продвигая физику вперед.

Открытие этого "супертвердого" материала является значительным шагом в поисках Китаем альтернатив системам охлаждения на основе гелия. По мере развития глобального технологического ландшафта, гонка за разработкой передовых квантовых технологий усиливается, что имеет потенциальные последствия для всей области физики.