Нови открития за 2024 във физиката

[mnogoznaiko]

Нови открития във физиката: от квантовия чип Willow до двуизмерната спинтроника

2024 година беше белязана със забележим напредък във фундаменталните изследвания и разработки в областта на квантовите и спинови технологии. Международни екипи от учени демонстрираха спинов ефект на Хол в двуизмерни хирални материали, откривайки път към по-напреднала обработка на данни. Компанията Google представи квантов процесор Willow със 105 кубита* и подобрена корекция на грешките, потвърждавайки пробивните възможности на квантовите изчисления. От Google направиха значителна крачка в областта на квантовите изчисления, създавайки чипа Willow - подобрена версия на техния квантов процесор. Този чип, включващ 105 физически кубита, позволи демонстрирането на първите квантови изчисления "под праговата стойност" на грешките, което е важен етап по пътя към създаването на полезни и точни квантови компютри.

Основната особеност на Willow стана демонстрацията на подобряване на точността на изчисленията при мащабиране на логическите кубити. Екипът на Google показа, че всеки нов логически кубит намалява честотата на грешките наполовина, което потвърждава жизнеспособността на методите за квантова корекция на грешки. Експериментът с Willow също подчерта превъзходството на квантовите компютри над класическите. За 5 минути чипът изпълни задача, за решаването на която на суперкомпютър би били необходими около 10 на 25-та степен години.

2024 година стана значима за развитието на алтернативни технологии за съхранение на енергия. Сред най-ярките постижения е първата в света диамантена батерия, създадена с използването на радиоактивен въглерод-14. Този иновативен източник на енергия обещава да промени подхода към захранването на устройства в условия, където смяната на батериите е практически невъзможна. Основното предимство на диамантената батерия е нейната дълготрайност - срокът на експлоатация на устройството се оценява на 5700 години, което съответства на периода на полуразпад на въглерод-14.

В областта на неутринната физика учените разрешиха така наречената "реакторна аномалия", изключвайки съществуването на "стерилни" варианти на тези частици. Експериментът PROSPECT в САЩ показа, че предишните несъответствия в измерванията се дължат на неправилно тълкуване на спектъра, а не на нов тип неутрино.

Значителен напредък е постигнат и в областта на спинтрониката. През 2024 година изследователска група под ръководството на проф. Сюфън Хан демонстрира електрическо управление на перпендикулярния Неелов магнитен ред в колинеарния антиферомагнетик Cr₂O₃. Това постижение открива път към създаването на енергонезависима памет от ново поколение, съчетаваща висока плътност на запис, наносекундно бързодействие и пълна съвместимост с КМОП технологиите.

В областта на двуизмерните материали международен колектив с водещи автори от Сингапур публикува важно изследване в Science, посветено на спиновия ефект на Хол в двуизмерни хирални материали. Това откритие има пряко отношение към новите подходи за обработка на информация и показва потенциала на хиралните материали за фотонни и спинтронни технологии.

Тези постижения демонстрират бързото развитие на квантовите технологии и тяхното потенциално влияние върху бъдещето на изчислителната техника, енергетиката и обработката на информация. Продължаващите изследвания в тези области обещават още по-впечатляващи открития в близко бъдеще.

 

*Кубитите (или квантови битове) са основните единици за информация в квантовите компютри, подобно на това как обикновените битове (0 и 1) са основните единици в класическите компютри. Но има една много важна разлика:

Докато обикновеният бит може да бъде само в едно от две състояния - 0 или 1, кубитът благодарение на квантовата механика може да бъде едновременно и в двете състояния. Това е като монета, която може да се върти и да бъде едновременно и ези, и тура, докато не я погледнете.

Тази уникална способност на кубитите позволява на квантовите компютри да извършват определени изчисления много по-бързо от класическите компютри. Например, в статията споменахме как квантовият процесор Willow със своите 105 кубита може да реши за 5 минути задача, която би отнела на класически суперкомпютър милиарди години.

Основното предизвикателство при работата с кубити е, че те са много чувствителни към околната среда и лесно губят своите квантови свойства (това се нарича декохеренция). Затова е толкова важно постижението на Google с подобрената корекция на грешки в техния чип Willow - то помага да се запази стабилността на кубитите по-дълго време.