Kvantdatorer - en möjlig framtida teknik som skulle revolutionera datorer genom att utnyttja de bisarra egenskaperna hos kvantbitar, eller qubits. Qubits är kvantanalogen till de klassiska datorbitarna "0" och "1." Tekniska material som kan fungera som qubits är tekniskt utmanande. Med hjälp av superdatorer, forskare från University of Chicago och Argonne National Laboratory förutspådde möjliga nya qubits byggda av ansträngd aluminiumnitrid. Dessutom, forskarna visade att vissa nyutvecklade qubits i kiselkarbid har ovanligt långa livslängder.

Kvantdatorer kan bryta vanliga kryptografitekniker, sök stora datamängder, och simulera kvantsystem på en bråkdel av tiden det skulle ta dagens datorer. Dock, ingenjörer måste först utnyttja egenskaperna hos kvantbitar. Att konstruera nya qubits med mindre svåra metoder kan sänka ett av de betydande hindren för att skala kvantdatorer från små prototyper till större teknik.

En av de ledande metoderna för att skapa qubits innebär att man utnyttjar specifika strukturella atomfel i diamanter. Att använda diamanter är både tekniskt utmanande och dyrt. Nu har forskare från University of Chicago och Argonne National Laboratory föreslagit en analog defekt i aluminiumnitrid, vilket skulle kunna minska svårigheten och den ultimata kostnaden för tillverkning av material för kvantdatatillämpningar.

Använda Edison och Mira superdatorer vid DOE:s National Energy Research Scientific Computing Center respektive Argonne National Laboratory, fann forskarna att genom att applicera påfrestning på aluminiumnitrid, de kan skapa strukturella defekter i materialet som kan utnyttjas som qubits som liknar dem som ses i diamanter. De utförde sina beräkningar med olika teorinivåer och Quantum Espresso- och WEST -koder, den senare utvecklades vid University of Chicago.

Koderna tillät dem att exakt förutsäga positionen för defektnivåerna i halvledarnas bandgap. Forskarna samarbetade också nära med experimentalister för att förstå och förbättra prestanda för qubits i industriella material. Nyligen, de visade att nyutvecklade qubits i kiselkarbid har mycket längre sammanhållningstider än de mer väletablerade defekten qubits i diamant. Deras resultat pekade på industriellt viktiga polyatomiska kristaller som lovande värdar för sammanhängande qubits för skalbara kvantanordningar.