神奇的量子世界:為什麼超級冷卻的超導線圈會「漏電」?,Fermi National Accelerator Laboratory


神奇的量子世界:為什麼超級冷卻的超導線圈會「漏電」?

作者:你未來的科學家!

嗨,各位小小探險家和科學迷們!你們有沒有想過,為什麼我們用來建造超級強大的電腦(也就是量子電腦)的某些神奇零件,有時候會「漏電」呢?這就像是你的玩具車,電池明明是好的,但跑著跑著就沒電了,是不是很奇怪?

最近,一個叫做「費米國家加速器實驗室」(Fermi National Accelerator Laboratory)的超酷科學機構,發布了一項非常重要的研究。他們就像是偵探一樣,去找出這個「漏電」的秘密,發現這個秘密藏在我們用來製作量子電腦核心零件的「超導線圈」(transmon designs)裡!

什麼是量子電腦?它和我們現在的電腦有什麼不一樣?

你們現在用的電腦,就像是在玩只能選「開」或「關」的開關遊戲。量子電腦則更厲害,它就像一個可以同時是「開」、「關」又是「開一半」、「關一半」的神奇開關,甚至可以同時是好多種狀態!這讓它能解決一些我們現在電腦根本解決不了的超難問題,像是發明新藥、設計更厲害的材料,或者解開宇宙的奧秘!

超導線圈:量子電腦的心臟!

而我們今天的主角——「超導線圈」,就像是量子電腦的心臟。它們是特別設計的「小小的、有魔力的電路」,能夠幫忙「操控」那些神奇的量子開關(叫做「量子位元」或「qubits」)。為了讓這些超導線圈工作得最好,科學家們會把它們放在超級無敵冷的環境裡,比南極的冬天還要冷好幾百倍!這樣它們才能變成「超導體」,就像是沒有阻礙的溜冰場,讓電流跑得飛快!

「漏電」的秘密:為什麼超導線圈會失去能量?

但是,就像是有些杯子會有小小的裂縫,會讓裡面的水漏出來一樣,這些超導線圈有時候也會「漏電」。研究發現,這些「漏電」並不是因為它們壞掉了,而是因為在製造它們的時候,那些「超級微小」的材料表面,會有一些「看不見的雜質」,就像是藏在溜冰場上的小小沙粒。

當我們發送微小的無線電波(就像收音機裡傳來的聲音一樣)去操控量子位元時,這些微小的沙粒就會「吸收」這些無線電波的能量,然後把能量「丟掉」,變成熱。這就像是沙粒把溜冰鞋的力氣都吸走了,溜冰者就滑不動了。

為什麼「漏電」很重要?

你們想想,如果量子電腦的心臟一直在「漏電」,那它就沒辦法好好工作,也沒辦法把那些神奇的量子開關「穩穩地」維持在正確的狀態。這就像是你努力想把樂高積木堆高,但積木一直滑下來一樣,永遠堆不高。

而量子電腦最重要的能力,就是能讓那些神奇的量子開關「穩定」地存在一段時間,這叫做「量子相干時間」(quantum coherence times)。就像你要保持一個平衡的遊戲,就不能讓它輕易被打擾。

科學家們的發現有什麼用?

這項研究就像是一個「解謎」報告,告訴了科學家們「漏電」的真正原因。現在,科學家們就知道要怎麼做,才能「清理」掉那些藏在超導線圈表面的「沙粒」,讓它們的「漏電」變得更少!

這意味著,未來的量子電腦會變得更強大、更穩定,能夠解決更多我們現在無法想像的難題!

給所有小朋友的鼓勵!

這項研究是不是很有趣?科學就像是一個不斷發現新事物的冒險旅程。也許有一天,你也會像這些科學家一樣,去解開更多宇宙的奧秘!

別害怕提問,別害怕嘗試!你們的每一個「為什麼」,都可能是通往偉大發現的起點。或許,下一個發現量子電腦「漏電」秘密的,就是你們哦!

科學,就是這麼神奇又好玩!


Microwave losses in transmon designs limit quantum coherence times, study finds


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