Hoe 2D-materialen kunnen leiden tot snellere computers

Belangrijkste leerpunten

• Onderzoekers zeggen dat het gebruik van tweedimensionale materialen kan leiden tot snellere computers.
• De ontdekking zou deel kunnen uitmaken van een komende revolutie op het gebied van kwantumcomputers.
• Honeywell heeft onlangs aangekondigd dat het een nieuw record heeft gevestigd voor kwantumvolume, een maatstaf voor de algehele prestaties.

Recente vooruitgang in de natuurkunde zou kunnen betekenen dat computers aanzienlijk sneller zijn, wat leidt tot een revolutie in alles, van het ontdekken van medicijnen tot het begrijpen van de effecten van klimaatverandering, zeggen experts. Wetenschappers hebben de elektronische spins in een nieuw type transistor gedetecteerd en in kaart gebracht. Dit onderzoek kan leiden tot snellere computers die profiteren van het natuurlijke magnetisme van elektronen in plaats van alleen hun lading. De ontdekking zou deel kunnen uitmaken van een komende revolutie op het gebied van kwantumcomputers. “Kwantumcomputers verwerken informatie op een fundamenteel andere manier dan klassieke computers, waardoor ze problemen kunnen oplossen die vrijwel onoplosbaar zijn met de klassieke computers van vandaag”, zei John Levy, mede-oprichter en CEO van het kwantumcomputerbedrijf Seeqc, in een e-mailinterview. . “In een experiment uitgevoerd door Google en NASA werden de resultaten van een specifieke kwantumtoepassing bijvoorbeeld in een klein aantal minuten gegenereerd in vergelijking met de geschatte 10.000 jaar die de krachtigste supercomputer ter wereld zou kosten.”

Tweedimensionale materialen

In een recente ontdekking hebben wetenschappers een nieuw gebied onderzocht, spintronica genaamd, dat de spin van elektronen gebruikt om berekeningen uit te voeren. De huidige elektronica gebruikt de elektronenlading om berekeningen te maken. Maar het monitoren van de spin van elektronen is moeilijk gebleken. Een team onder leiding van de afdeling Materiaalkunde van de Universiteit van Tsukuba beweert elektronenspinresonantie (ESR) te hebben gebruikt om het aantal en de locatie van ongepaarde spins die door een molybdeendisulfidetransistor bewegen te controleren. ESR gebruikt hetzelfde fysieke principe als de MRI-machines die medische beelden maken. “Stel je voor dat je een kwantumcomputertoepassing bouwt die voldoende is om de veiligheid en werkzaamheid van klinische geneesmiddelenonderzoeken te simuleren – zonder ze ooit op een echt persoon te testen.” Om de transistor te meten, moest het apparaat worden afgekoeld tot slechts 4 graden boven het absolute nulpunt. “De ESR-signalen werden gelijktijdig gemeten met de afvoer- en poortstromen”, zei professor Kazuhiro Marumoto, co-auteur van de studie, in een persbericht. Een verbinding genaamd molybdeendisulfide werd gebruikt omdat de atomen een bijna platte tweedimensionale (2D) structuur vormen. “Theoretische berekeningen identificeerden verder de oorsprong van de spins”, zei professor Małgorzata Wierzbowska, een andere co-auteur, in het persbericht.

Vooruitgang in Quantum Computing

Quantum computing is een ander computergebied dat snel vooruitgaat. Honeywell heeft onlangs aangekondigd dat het een nieuw record heeft gevestigd voor kwantumvolume, een maatstaf voor de algehele prestaties. “Deze hoge prestatie, gecombineerd met een lage foutmeting in het middencircuit, biedt unieke mogelijkheden waarmee ontwikkelaars van kwantumalgoritmen kunnen innoveren”, aldus het bedrijf in de release. Terwijl klassieke computers afhankelijk zijn van binaire bits (enen of nullen), verwerken kwantumcomputers informatie via qubits, die vanwege de kwantummechanica als één of nul of beide tegelijkertijd kunnen bestaan, waardoor de verwerkingskracht exponentieel toeneemt, zei Levy. Kwantumcomputers kunnen een reeks belangrijke wetenschappelijke en zakelijke probleemtoepassingen uitvoeren die eerder voor onmogelijk werden gehouden, zei Levy. De gebruikelijke snelheidsmaten zoals megahertz zijn niet van toepassing op quantum computing. Het belangrijkste van kwantumcomputers gaat niet over snelheid zoals we bij traditionele computers over snelheid denken. “In feite werken die apparaten vaak met veel hogere snelheden dan kwantumcomputers,” zei Levy.

“Het punt is dat kwantumcomputers een reeks belangrijke wetenschappelijke en zakelijke probleemtoepassingen kunnen uitvoeren die eerder voor onmogelijk werden gehouden.” Als kwantumcomputers ooit praktisch worden, zijn de manieren waarop de technologie het leven van individuen kan beïnvloeden door middel van onderzoek en ontdekking eindeloos, zei Levy. “Stel je voor dat je een kwantumcomputertoepassing bouwt die voldoende is om de veiligheid en werkzaamheid van klinische geneesmiddelenonderzoeken te simuleren – zonder ze ooit op een echt persoon te testen,” zei hij. “Of zelfs een kwantumcomputertoepassing die volledige ecosysteemmodellen kan simuleren, waardoor we de effecten van klimaatverandering beter kunnen beheersen en bestrijden.” Kwantumcomputers in een vroeg stadium bestaan ​​al, maar onderzoekers hebben moeite om er een praktisch gebruik voor te vinden. Levy zei dat Seeqc van plan is om binnen drie jaar “een kwantumarchitectuur te leveren die is gebouwd rond problemen in de echte wereld en het vermogen heeft om te schalen om aan de behoeften van bedrijven te voldoen.” Quantumcomputers zullen jarenlang niet beschikbaar zijn voor de gemiddelde gebruiker, zei Levy. “Maar de zakelijke toepassingen voor de technologie worden al zichtbaar in intensieve industrieën zoals farmaceutische ontwikkeling, logistieke optimalisatie en kwantumchemie”, voegde hij eraan toe.