GCRI · التقنيات الكمية
الكم والمواد
Quantum technologies depend on materials, from superconducting circuits and semiconductor spin qubits to photonic chips and isotopically pure crystals. In turn, quantum simulation may one day help design new materials and molecules. This page sets out how materials limit quantum devices, how quantum methods could aid materials science, and what evidence serves the researchers and funders working at this intersection.
كيف يسير العمل.
Quantum testbed
Quantum and materials · Testbed lab · Device QD-77
الكيوبتات
| Q0 | 142 | 116 | 0.02 | In spec |
| Q1 | 83 | 48 | 0.01 | In spec |
| Q2 | 69 | 99 | 0.01 | Drifting |
| Q3 | 142 | 21 | 0.05 | Drifting |
| Q4 | 162 | 83 | 0.03 | Drifting |
Device
- Topology
- heavy-hex, illustrative
- 2Q fidelity
- 0.989
- الوصول
- by committee
- الوسم
- مرصود
الشكلQuantum testbed: example names and illustrative values, not a record or a live system.
Quantum and materials: how the risk develops.
Chemistry and materials simulation. The dossier below sets out how the risk develops, what is measured, where the data come from, how it is modelled and who decides.
Defects cause decoherence
Impurities, surface defects and two-level النظم in materials interact with qubits and shorten coherence. Better materials and fabrication extend it.
Fabrication sets yield
Producing many identical qubits needs precise fabrication. Variability between devices, even from one wafer, limits how far systems can scale.
Some inputs are scarce
Helium-3 for dilution refrigerators, isotopically enriched silicon and specialised lasers have limited suppliers, creating supply risks.
Quantum simulation of matter
Simulating molecules and materials is a leading candidate use of quantum computers, though classical methods remain strong for most problems today.
How quantum and materials is modelled, measured and tested.
النموذج وافتراضاته وبياناته وعدم اليقين فيه، بالصورة التي يفحصها بها عالم أو مهندس. وتتبع البنى أساليب منشورة. والقيم المرسومة توضيحية، وليست نتائج.
نموذج النظام
The couplings between the systems in quantum and materials: signs of influence, a reinforcing and a balancing loop, and cross-links where stress jumps.
Quantum devices depend on materials with their own supply risks.
Materials studies are designed for the النظم الاستراتيجية. Export controls coordinated through the Wassenaar Arrangement and national lists apply to some quantum items.
- Supply data for specialised materials.
- Export control analyses.
ما الذي يُقاس، ومدى جودة قياسه.
يحمل كل مؤشر وحدته ووتيرته ونوع المصدر الذي يستند إليه ووسم الأدلة الذي ستحمله القيمة. ولا تُعرض أي قيم: فالبرنامج يقدّمها بموجب سلطته الخاصة.
| المؤشر | الوحدة | وتيرة الإصدار | نوع المصدر | الوسم |
|---|---|---|---|---|
| Qubit coherence time by material platform | microseconds | per publication | Peer-reviewed results | مرصود |
| Device yield in fabrication | percent of functional qubits | per fabrication run | Foundry and lab reports | مُبلَّغ عنه |
| Helium-3 supply | litres per year | سنوي | Government and industry reports | مُقدَّر |
| Quantum chemistry demonstrations with classical comparison | العدد | لكل مراجعة | Literature review | مُقدَّر |
| Specialised component suppliers | count by component | لكل تقييم | Supply chain studies | مُقدَّر |
| Materials databases used for qubit research | العدد | لكل تقييم | Research surveys | مُبلَّغ عنه |
من أين تأتي الأدلة.
مجموعات بيانات عامة مسمّاة وسجلات مؤسسية، لكلٍّ منها فئة ترخيصها. ولا تُستخدم المصادر المتاحة بموجب اتفاق إلا وفق شروطها، ولا يُعاد نشرها أبدًا.
| المصدر | ما يقدّمه | فئة الترخيص |
|---|---|---|
| Peer-reviewed materials and device literature | Coherence and fabrication results | Licence per article |
| Materials Project and other open materials databases | Computed materials properties | مفتوح، CC BY 4.0 |
| Government reports on helium-3 and critical inputs | Supply and demand of scarce inputs | Public, terms per government |
| Quantum supply chain studies | Component suppliers and dependencies | Licence per publication (to check) |
| Benchmark studies of quantum chemistry algorithms | Comparisons with classical methods | Licence per publication |
من يقرر، وما الذي تخدمه الأدلة.
Quantum Technologies prepares evidence. The decisions below are taken by the authorities named, under their own rules, and never by the platform.
| من يقرر | السؤال | الأدلة التي تخدمها هذه الصفحة |
|---|---|---|
| ممولو البحوث | Which materials and fabrication research to support | Bottleneck reviews |
| Industry and national مختبرات | How to secure specialised inputs | Supply risk assessments |
| Chemistry and materials researchers | Where quantum simulation could help their work | Use case assessments |
المخرجات التي يُنتجها هذا الموضوع
- Materials bottleneck reviews for qubit platforms
- Supply risk assessments for specialised inputs
- Assessments of quantum simulation use cases with classical baselines
- Evidence notes for research funders
ما يسأل عنه الخبراء.
The question is whether quantum simulation will beat improving classical methods on problems that matter.
- Which chemical and materials problems are genuinely hard for classical methods?
- How large and how error-free must a quantum computer be to simulate them usefully?
- Can near-term noisy devices provide any useful result, or is error correction required?
- How will results be verified when classical methods cannot reproduce them?
- Which industrial and scientific questions would change if simulation improved?
الآليات والمحرّكات.
The behaviour of molecules and materials depends on how electrons interact. For many النظم, classical approximations such as density functional theory work well. For strongly correlated systems, such as some catalysts, transition-metal complexes and high-temperature superconductors, the computational cost of exact classical simulation grows very rapidly with system size. A quantum computer represents quantum states natively and could, in principle, simulate such systems efficiently.
Resource estimates for industrially relevant problems suggest that large, error-corrected machines would be required. Meanwhile classical methods, including tensor networks and machine-learning approaches, keep improving and raising the bar. Quantum materials research also runs the other way: new materials are needed to build better qubits.
كيف يُدرس، وأين تتوقف المناهج.
| المنهج أو البيانات | ما يُظهره | الحدود |
|---|---|---|
| Classical computational chemistry | Accurate results for many النظم | Cost grows quickly for strongly correlated electrons |
| Quantum algorithm resource estimation | Qubits and operations needed for target problems | Highly sensitive to algorithm and hardware assumptions |
| Small-scale quantum simulation experiments | Proof of principle on simple molecules | Not yet beyond classical reach for useful problems |
| Experimental materials characterisation | Ground truth for validation | Experiments are costly and not always available |
كيف يُدرس، وما لا تستطيع المناهج قوله.
- 01علوم المواد والكيمياءمواد لترابط أطول · تفاوت التصنيع · حالات استخدام الكيمياء الكميةمُطبَّق هنا
- 02الفيزياء وعلوم الكمتوصيف ضوضاء الكيوبتات · قياس الساعات الكمية · التحقق من الظواهر الكميةمُطبَّق هنا
- 03الحوسبة الكمية والاستشعار الكمي والاتصالات الكميةقياس الأداء القابل للمقارنة · تقييم جاهزية التكنولوجيا · تتبع الآثار الأمنيةمُطبَّق هنا
Where this page’s references lead.
الهيئات والوثائق التي تُقرأ هذه الصفحة في ضوئها. وتتغير الحالات والإصدارات؛ ويقود كل رابط إلى الهيئة المُصدِرة.
أسئلة وأجوبة.
Why do materials matter for qubits?
What is quantum simulation?
Are there supply risks for quantum technology?
Has a quantum computer already designed a new material or drug?
Why is chemistry a natural application?
Should organisations wait for quantum simulation?
ساهم بأدلة من هذه الصفحة.
التقارير is the Consortium’s quarterly publication. What you know about this subject can become evidence, a case or a correction in the next edition, credited to you and published under CC BY 4.0 where it is your own work.
- البريد الإلكترونيالبوابة GW-GCRIأرسله من هذه الصفحةدليل أو تصحيح أو حالة أو أسلوب أو مراجعة أو ترجمة أو مدخل لملف قُطري. يصل موسومًا بهذه الصفحة، فيتلقاه المحرر المسؤول عنها.
- Zenodoإيداع مفتوحأودِعه وقدّمه إلى المجتمعانشر سجلك الخاص على Zenodo بمعرّف ORCID iD الخاص بك، ثم قدّمه إلى مجتمع Reports هناك. يراجعه القيّمون، ويبقى معرّف DOI ملكًا لك.
- التقاريرGCRIاطّلع على جميع سبل المساهمةأنواع المساهمات، وكيفية مراجعة كل منها، والإسناد الذي تحصل عليه، والترخيص، وما لا يُقبل أبداً.
لا ترسل أبدًا بيانات شخصية أو تفاصيل حساسة عن البنية التحتية أو أي شيء لا يحق لك مشاركته. تُراجَع المساهمة قبل استخدامها؛ ولا يمنح إرسالها أي حقوق تأليف أو تحرير، ولا تشتري الرعاية أي نتيجة أبدًا.
قدّم منهجية أو مجموعة بيانات أو سؤالا.
المعلومات والاستفسارات متاحة اليوم. ويحصل الاستفسار على رقم مرجعي ويحدد الخطوة التالية؛ ولا تُفتح الطلبات والمدفوعات وتخصيصات الحوسبة والتسجيلات إلا حين يتوافر فريقها وشروطها وقدرة المراجعة.
الوثائق القانونية.
تُعرض الخرائط والبيانات والأشكال في هذا الموقع للسياق والمعلومات العامة. وهي ليست نصيحة ولا توقعات ولا إنذارات؛ وحدود المعلومات مبيّنة في إخلاءات المسؤولية وإشعارات البيانات.