Τριπλή Υπεραγωγιμότητα και Κβαντικά Qubits

Τα περισσότερα τρέχοντα πρωτότυπα κβαντικών υπολογιστών χρησιμοποιούν υπεραγωγικά υλικά για την εκτέλεση κβαντικών υπολογισμών, καθώς αυτά τα υλικά μπορούν να διατηρούν τις κβαντικές ιδιότητες πιο σταθερές, με την κύρια εναλλακτική να είναι ο λεγόμενος «κβαντικός υπολογιστής παγιδευμένων ιόντων».

Μέχρι στιγμής, μόνο τα μοντέλα παγιδευμένων ιόντων έχουν αποδείξει ότι είναι επαρκώς αξιόπιστα, αλλά περιορίζουν πολύ τον αριθμό των χρήσιμων qubits που μπορούν να περιέχουν (το κβαντικό ισοδύναμο του bit ενός κανονικού υπολογιστή).

Φυσικά, η ιδανική επιλογή θα ήταν η βελτίωση των υπεραγωγικών υλικών ώστε να είναι κατάλληλα για κβαντικούς υπολογισμούς. Και έχουν γίνει κάποιες προσπάθειες προς αυτή την κατεύθυνση, ιδιαίτερα με lattice surgery και με πιο μακράς διάρκειας qubits. Ωστόσο, αυτό δεν αποδεικνύεται αρκετό για τη δημιουργία εμπορικών, κλιμακώσιμων υπεραγωγικών κβαντικών υπολογιστών.

Ένας άλλος προχωρημένος τομέας της επιστήμης υπολογιστών είναι η σπιντρονική, η οποία χρησιμοποιεί τα κβαντικά χαρακτηριστικά των σωματιδίων, το spin, αντί για ηλεκτρικά φορτία όπως στην κλασική ηλεκτρονική υπολογιστική. Μέχρι τώρα, η κβαντική υπολογιστική και η σπιντρονική ήταν κάπως σχετικές, αλλά όχι άμεσα συνδεδεμένες, καθώς τα υπεραγωγικά υλικά δεν διαθέτουν spin. Τουλάχιστον μέχρι τώρα.

(Μπορείτε να μάθετε περισσότερα για τη σπιντρονική στο άρθρο μας αφιερωμένο σε αυτήν την τεχνολογία)

Μία ομάδα ερευνητών στο Νορβηγικό Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας και στο Università degli Studi di Salerno (Ιταλία) μπορεί να έχει ανακαλύψει έναν τριπλό υπεραγωγό, έναν τύπο υπεραγωγού με μοναδικές ιδιότητες spin.

Αυτός ο νέος τύπος υπεραγωγικού υλικού θα μπορούσε να αλλάξει τα δεδομένα στην κατασκευή υπεραγωγικών κβαντικών υπολογιστών. Δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στο Physical Review Letters, με τίτλο «Unveiling Intrinsic Triplet Superconductivity in Noncentrosymmetric NbRe through Inverse Spin-Valve Effects».

“Ένας τριπλός υπεραγωγός βρίσκεται ψηλά στη λίστα επιθυμιών πολλών φυσικών που εργάζονται στον τομέα της στερεάς φυσικής. Τα υλικά που είναι τριπλοί υπεραγωγοί είναι ένα είδος «άγιου δακρύ» στην κβαντική τεχνολογία, και πιο συγκεκριμένα, στην κβαντική υπολογιστική.”
Professor Jacob Linder – Norwegian University of Science and Technology

Εν τω μεταξύ, μια άλλη ομάδα ερευνητών στο Niels Bohr Institute του Πανεπιστημίου του Κοπεγχάγης, το Νορβηγικό Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας, το Leiden Institute of Advanced Computer Science (Ολλανδία), το Chalmers University of Technology (Σουηδία), το University of Regensburg (Γερμανία) και την εταιρεία Quantum Machines έχουν ανακαλύψει πώς να εντοπίζουν ελαττώματα, ένα βασικό πρόβλημα που ταλαιπωρεί τα υπεραγωγικά υλικά, με μια νέα μορφή αποδοτικής ανίχνευσης διακυμάνσεων.

Δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στο Physical Review X2, με τίτλο «Real-Time Adaptive Tracking of Fluctuating Relaxation Rates in Superconducting Qubits».

Τριπλοί Υπεραγωγοί

Σύρετε για κύλιση →

Γιατί Σημαίνει;

Σ θεωρία, το spin θα μπορούσε να είναι το τέλειο μέσο μεταφοράς κβαντικής πληροφορίας μεταξύ qubits και μεταξύ διαφορετικών κβαντικών υπολογιστών.

Το πρόβλημα είναι ότι στην τρέχουσα μορφή του, η τεχνολογία είναι πολύ ασταθής και η μεταφορά πληροφορίας πολύ πολύπλοκη για να είναι πρακτικά χρήσιμη.

Ωστόσο, αυτό ίσως δεν ισχύει αν έχουμε πρόσβαση σε τριπλούς υπεραγωγούς. Αυτό συμβαίνει επειδή μπορούν να μεταφέρουν spin χωρίς απώλεια ενέργειας, έτσι τα υπεραγωγικά σωματίδια τώρα μεταφέρουν spin μαζί τους.

“Οι τριπλοί υπεραγωγοί καθιστούν δυνατά μια σειρά ασυνήθιστων φυσικών φαινομένων. Αυτά τα φαινόμενα έχουν σημαντικές εφαρμογές στην κβαντική τεχνολογία και τη σπιντρονική.”
Professor Jacob Linder – Norwegian University of Science and Technology

Έτσι, ενώ ένας πιο συνηθισμένος singlet υπεραγωγός μπορεί να μεταφέρει ισχύ χωρίς αντίσταση, ένας τριπλός υπεραγωγός θα μπορούσε επίσης να μεταφέρει ρεύματα spin με απόλυτη μηδενική αντίσταση. Ως αποτέλεσμα, ένας κβαντικός ή σπιντρονικός υπολογιστής θα μπορούσε να είναι εξαιρετικά γρήγορος ενώ λειτουργεί με σχεδόν μηδενική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας!

Συμμαγνήσιο–Ρήνιο Κράμα

Στην εργασία τους, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι το NbRe, ένα κράμα νιόβιο-ρηνίου, εμφανίζει συμπεριφορά χαρακτηριστική για τριπλό υπεραγωγό.

Πιο συγκεκριμένα, βρήκαν το «αντίστροφο φαινόμενο spin-valve», μια ειδική περίπτωση της γίγαντιας μαγνητοαντίστασης, μια μαγνητική ιδιότητα πολυστρωματικών υλικών, η οποία κέρδισε το Νόμπελ 2007.

Αυτό δεν αποτελεί, από μόνο του, απόδειξη ότι το NbRe είναι τριπλός υπεραγωγός, αλλά σίγουρα αποδεικνύει ότι δεν συμπεριφέρεται όπως ένας συμβατικός singlet υπεραγωγός.

Μακροπρόθεσμο Δυναμικό

Αυτή η ανακάλυψη έχει επιπλέον δυναμικό καθώς το NbRe είναι εύκολα διαθέσιμο σε μορφή λεπτόφιλμ, και η απλότητα της ετεροδομής το καθιστά ιδιαίτερα εφικτό ως πιθανή κλιμακώσιμη πλατφόρμα για υπεραγωγική σπιντρονική.

Επιπλέον, το υλικό λειτουργεί ως υπεραγωγός σε σχετικά υψηλή θερμοκρασία (τουλάχιστον κατά τα πρότυπα των υπεραγωγικών υλικών), ή μόλις 7 βαθμούς Κελσίου πάνω από το απόλυτο μηδέν, -273,15 °C (−459,67 °F), ενώ τα περισσότερα άλλα υποψήφια υλικά χρειάζονται μόλις έναν βαθμό πάνω από το απόλυτο μηδέν.

Ωστόσο, τόσο το νιόβιο όσο και το ρήνιο είναι ακριβά και σπάνια μέταλλα, οπότε δεν θα κάνουν άμεσα τους κβαντικούς υπολογιστές φθηνότερους.

Το επόμενο βήμα θα είναι να έχουν άλλοι ερευνητές να επιβεβαιώσουν αυτά τα ευρήματα και να διεξάγουν περαιτέρω δοκιμές που να δείχνουν τριπλή υπεραγωγία.

Οι τριπλοί υπεραγωγοί μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία ενός πολύ εξωτικού τύπου σωματιδίου που ονομάζεται «σωματίδιο Majorana», το οποίο είναι το αντί-σωμάτιδό του. Συνεπώς, μπορεί να εκτελεί υπολογισμούς σε κβαντικό υπολογιστή με σταθερό τρόπο.

Καθώς και άλλοι ερευνητές προσεγγίζουν την αξιοποίηση των σωματιδίων Majorana και η Microsoft ήδη διαθέτει ένα chip με Majorana Zero Modes (MZMs), αυτό φαίνεται να είναι μια όλο και πιο υποσχόμενη κατεύθυνση για τη μελλοντική πρόοδο της κβαντικής υπολογιστικής.

Ανίχνευση Ελαττωμάτων Κβαντικών Υλικών

Πολύ Γρήγορες Αλλαγές

Τα υλικά στα οποία ενσωματώνονται τα qubits συχνά παρουσιάζουν ελαττώματα που είναι υπεύθυνα για την αναξιοπιστία του qubit. Αυτά τα ελαττώματα μπορούν να κυμαίνονται χωρικά εξαιρετικά γρήγορα, μερικές φορές εκατοντάδες φορές το δευτερόλεπτο.

Έτσι, η τρέχουσα μέθοδος ανίχνευσης αυτών των ελαττωμάτων, η οποία μπορεί να διαρκέσει έως ένα λεπτό, είναι εντελώς ανεπαρκής για να τα εντοπίσει. Στην πραγματικότητα, κανείς δεν ήξερε ακριβώς πόσο γρήγορα συνέβαινε αυτό μέχρι τώρα.

Αντίθετα, οι ερευνητές αναγκάζονται να μετρούν έναν μέσο ρυθμό απώλειας ενέργειας, που συχνά δίνει ελλιπές εικόνα της πραγματικής απόδοσης του qubit.

Ως αποτέλεσμα, οι κβαντικοί υπολογιστές που βασίζονται στην υπεραγωγικότητα πρέπει να στηρίζονται σε πολλά «κόλπα» για να καταφέρουν να εκτελέσουν τους υπολογισμούς τους, ακόμη και όταν, πολλές φορές, το qubit έχει υποστεί αποσυμπίεση, χωρίς ο χρήστης να μπορεί να το εντοπίσει.

Χρήση Κλασικών Υπολογιστών για Βοήθεια

Για να επιταχύνουν την ανίχνευση ελαττωμάτων, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα Field-Programmable Gate Array (FPGA), έναν εξειδικευμένο ελεγκτή. Αυτά τα εξειδικευμένα chip δεν είναι τόσο ευέλικτα όσο αυτά που χρησιμοποιούνται σε CPUs ή GPUs, αλλά είναι υπερεξειδικευμένα, πολύ πιο γρήγορα σε μια συγκεκριμένη εργασία και απαιτούν λιγότερη ενέργεια.

Τρέχοντας το πείραμα απευθείας στο FPGA, μπορούσαν να σχηματίσουν μια «καλύτερη εκτίμηση» του πόσο γρήγορα το qubit θα χάσει την ενέργειά του βάσει μόνο λίγων μετρήσεων.

Αν και αυτό φαίνεται ως προφανής λύση, ο προγραμματισμός του FPGA σωστά ήταν πολύ δύσκολος, ειδικά αν το FPGA χρειάζεται να είναι λίγο ευέλικτο.

Η μέθοδος που χρησιμοποίησαν είναι ότι το chip ενημερώνει την εσωτερική του «γνώση», που ονομάζεται Bayesian μοντέλο, μετά από κάθε μετρήση του qubit.

Πηγή: Physical Review X

Αυτό επέτρεψε στο σύστημα να προσαρμόζει συνεχώς τον τρόπο που μάθαινε για την κατάσταση του qubit όσο το δυνατόν πιο αποδοτικά.

“Ο ελεγκτής επιτρέπει πολύ στενή ενσωμάτωση μεταξύ λογικής, μετρήσεων και feedforward: αυτά τα συστατικά έκαναν το πείραμά μας δυνατό.”
Associate Professor Morten Kjaergaard – Niels Bohr Institute

Προς Πραγματικό‑χρόνο Βαθμονόμηση

Μέχρι τώρα, η βιομηχανία κβαντικής υπολογιστικής έπρεπε απλώς να «ελπίζει» ότι τα qubits τους λειτουργούν ακόμη, και εργάστηκε σκληρά για τη μείωση της πιθανότητας και της ταχύτητας της αποσυμπίεσης.

Αλλά αυτή η νέα προσέγγιση ανοίγει το δρόμο για υπολογισμούς που επιλέγουν ενεργά αξιόπιστα qubits, ακόμη και με λιγότερο τέλεια υλικά.

“Με τον αλγόριθμο μας, το γρήγορο υλικό ελέγχου μπορεί να εντοπίσει ποιο qubit είναι ‘καλό’ ή ‘κακό’ βασικά σε πραγματικό χρόνο. Μπορούμε επίσης να συλλέξουμε χρήσιμα στατιστικά για τα ‘κακά’ qubits σε δευτερόλεπτα αντί για ώρες ή ημέρες.”
Associate Professor Morten Kjaergaard – Niels Bohr Institute

Μακροπρόθεσμα, αυτό θα ανοίξει ένα νέο πεδίο έρευνας, όπου θα υπάρχει καλύτερη κατανόηση του τι κάνει ένα μεμονωμένο “κακό” qubit, αντί να βασιζόμαστε σε μέσους όρους και εικασίες.

Συμπέρασμα

Όπως στην αρχή της ηλεκτρονικής, η πρόοδος της κβαντικής υπολογιστικής θα προέλθει από πολλαπλές κατευθύνσεις.

Ένα σημαντικό στοιχείο θα είναι η παραγωγή καλύτερων υπεραγωγικών υλικών, ικανοί να δημιουργούν πιο σταθερά και ανθεκτικά qubits. Και ίσως επίσης να μεταφέρουν πληροφορίες με τη μορφή υπεραγωγικού ρεύματος spin ταυτόχρονα.

Εν τω μεταξύ, η βελτιωμένη ανίχνευση της αποσυμπίεσης ενός δεδομένου qubit θα μπορούσε να προσφέρει μια μέθοδο με αισθητήρα & λογισμικό για ριζική βελτίωση της απόδοσης χωρίς εξάρτηση από πιο σύνθετα ή δύσκολα κατασκευάσιμα υλικά.

Επένδυση στην Καινοτομία της Κβαντικής Υπολογιστικής

Microsoft

Ενώ η Microsoft είναι περισσότερο γνωστή για την πολύ ισχυρή παρουσία της στα λειτουργικά συστήματα με τα Windows, είναι επίσης ένας γίγαντας σε πολλούς άλλους τεχνολογικούς τομείς.

Για παράδειγμα, είναι η ηγέτης στις επιχειρηματικές λύσεις, συμπεριλαμβανομένου του Office (Outlook, Word, Excel, και PowerPoint), αλλά και κλήσεων εταιρείας (Teams), αποθήκευσης στο cloud (OneDrive), Visio (διαγράμματα, γραφήματα), Loop (συνεργατικός χώρος εργασίας), και Access (βάση δεδομένων).

Αν και δεν είναι η ηγέτης στις υπηρεσίες cloud (που κυριαρχούνται από το AWS της Amazon), η Microsoft αντιπροσωπεύει το 20% της παγκόσμιας υποδομής cloud μέσω της πλατφόρμας Azure, ίσο με το συνδυασμένο μερίδιο του Google + Alibaba + Oracle.

Πηγή: Statista

Η Microsoft είναι επίσης ιδιοκτήτρια του LinkedIn, GitHub, Xbox, και πολλών από τα μεγαλύτερα στούντιο βιντεοπαιχνιδιών του κόσμου.

Όσον αφορά την AI, η Microsoft έχει εστιάσει περισσότερο σε τεχνικές περιπτώσεις χρήσης και επιχειρηματικές εφαρμογές παρά σε καταναλωτικές εφαρμογές, ιδιαίτερα με το πρόγραμμα AI4Science, σε AI χρήσιμα για επιστημονική έρευνα.

Αυτό περιλαμβάνει, για παράδειγμα, την επιτάχυνση της εργασίας των επιστημόνων υλικών για το σχεδιασμό νέων μορίων ή ηλεκτροδίων μπαταριών, με τη χρήση μια AI που περιορίζει 32 εκατομμύρια πιθανά υλικά σε 500.000 υποψήφιους, και στη συνέχεια σε 800 σε λιγότερο από 80 ώρες.

Πηγή: Microsoft

Εταιρείες όπως η Unilever χρησιμοποιούν ήδη αυτή τη «Γενετική Χημεία» για να επιταχύνουν τις επιστημονικές τους ανακαλύψεις.

Μέχρι τώρα, όσον αφορά την κβαντική υπολογιστική, η Microsoft φαινόταν ότι υστερεί σε σχέση με την Google ή την IBM· προσέφερε υπηρεσίες κβαντικού υπολογισμού στο cloud με Azure Quantum. Η υπηρεσία μπορεί επίσης να προσφέρει «υβριδική υπολογιστική», συνδυάζοντας κβαντικό υπολογισμό με παραδοσιακή υπηρεσία υπερυπολογιστών στο cloud.

Πηγή: Microsoft

Καθώς η Microsoft κυκλοφόρησε το δικό της chip βασισμένο σε σωματίδια Majorana στις αρχές του 2025, η εταιρεία έχει γίνει ένας από τους παγκόσμιους ηγέτες στην κβαντική υπολογιστική.

Με νέα υλικά όπως οι τριπλοί υπεραγωγοί ή νέες δυνατότητες πραγματικού‑χρόνου βαθμονόμησης, είναι πιθανό ότι η Microsoft θα μπορέσει να συνεχίσει την πρόοδό της και να ενσωματώσει αυτά τα νέα εργαλεία στα δικά της κβαντικά υπολογιστικά συστήματα.

(Μπορείτε επίσης να διαβάσετε το άρθρο μας που εστιάζει στη Microsoft συνολικά με περισσότερες λεπτομέρειες για να κατανοήσετε καλύτερα την εταιρεία).

Τελευταία Ειδήσεις και Αναπτύξεις για τη Μετοχή Microsoft (MSFT)

Μελετη Αναφορά

<sup>1. F. Colangelo et al, Unveiling Intrinsic Triplet Superconductivity in Noncentrosymmetric NbRe through Inverse Spin-Valve Effects. Phys. Rev. Lett. 135, 226002 – Δημοσιεύτηκε 25 Νοεμβρίου 2025. DOI: https://doi.org/10.1103/q1nb-cvh6
2. Fabrizio Berritta, et al. Real-Time Adaptive Tracking of Fluctuating Relaxation Rates in Superconducting Qubits. Phys. Rev. X 16, 011025 – Δημοσιεύτηκε 13 Φεβρουαρίου 2026. DOI: https://doi.org/10.1103/gk1b-stl3</sup>