Квантовые компьютеры смогут решать некоторые задачи, которые сейчас недоступны даже для самых мощных классических суперкомпьютеров. В отличие от обычных компьютеров, вычислительный элемент которых — бит — может находиться только в двух состояниях (нуля и единицы), квантовые компьютеры будут состоять из кубитов, которые создаются квантовыми объектами, а значит, могут кодировать состояния, промежуточные между нулем и единицей. Однако на пути к постройке квантового компьютера стоит серьезное препятствие — неустойчивость квантовых состояний. Квантовые объекты, которые нужны для создания кубитов, — ионы, электроны, джозефсоновские контакты — сохраняют определенное квантовое состояние очень недолго. Но для вычислений нужно, чтобы кубиты не только сохранили состояние, но и еще и провзаимодействовали друг с другом. Физики по всему миру пытаются продлить срок жизни кубитов и смогли увеличить его с наносекунд до миллисекунд. Ученые решили не сохранять устойчивость большой системы кубитов, а уменьшить размеры необходимой для вычислений системы. Они исследуют возможности использования для вычислений не кубитов, а кудитов — квантовых объектов, в которых число возможных состояний (уровней и их промежуточных состояний) больше двух (их число обозначают буквой D). Существуют кутриты с тремя состояниями, кукварты (четыре состояния) и так далее. Исследователи показали, что на единственном кудите с пятью уровнями уже можно осуществлять полноценные квантовые вычисления, в частности запустить алгоритм Дойча. Этот алгоритм был создан специально для вычислений на квантовых компьютерах и предназначен для проверки значений большого числа двоичных переменных. «Мы получаем существенный выигрыш, поскольку многоуровневые кудиты в определенных физических реализациях контролировать проще, чем систему из соответствующего количества кубитов, а значит, мы на шаг приближаемся к созданию полноценного квантового компьютера. Многоуровневые элементы обеспечивают преимущества и в других квантовых технологиях, например в квантовой криптографии», — говорит Алексей Федоров, один из соавторов исследования.
Результаты исследований опубликованы в серии статей в журналах Physical Review A, Physics Letters A, а также Quantum Measurements and Quantum Metrology.Российские ученые уверены, что для разработки алюминиевых батарей есть веские основания. «Ион алюминия может иметь степень окисления +3, в то время как литий — только +1. А это значит, что теоретически один атом алюминия может переносить в три раза больший заряд, чем литий. Соответственно, и ток, который будут давать алюминиевые батареи при прочих равных условиях, может быть в три раза выше, чем у литиевых», — говорит научный сотрудник Самарского университета Артем Кабанов.
Аккумуляторы на основе алюминия дешевле, долговечнее и безопаснее широко распространенных сейчас литий-ионных. Вот так литиевый аккумулятор вспыхивает, если его проткнуть:
Создание дешевых и безопасных батарей даст толчок к развитию и «зеленой энергетики» — солнечный свет и ветер не постоянны, необходимо накапливать и хранить энергию, когда солнца или ветра нет. В США сейчас для этого используют дешевые, но громоздкие и сложные серно-натриевые батареи, которые работают при температуре 300-400 °С. Аккумуляторы на основе алюминия будут стоить так же дешево, но занимать меньше места и работать при комнатной температуре.
Как говорят разработчики, пока алюминиевый аккумулятор уступает литиевому по плотности хранения энергии. Работу над аккумуляторами ученые из Самары ведут совместно с немецкими коллегами из Института экспериментальной физики Технического университета Фрайбергской горной академии (TUBAF). Первые результаты разработки твердых электролитов на основе алюминия ученые Самарского университета представили пока только в виде российско-германских научных докладов на международной конференции ISSFIT-12, которая прошла в Литве в июле.
Свежие комментарии