Разработването на квантов компютър, който може да решава проблеми, които класическите компютри могат да решат само с големи усилия или изобщо не могат – това е целта, която в момента се преследва от все по-голям брой изследователски екипи по целия свят. Причината: Квантовите ефекти, които произхождат от света на най-малките частици и структури, дават възможност за много нови технологични приложения. Така наречените свръхпроводници, които позволяват обработката на информация и сигнали съгласно законите на квантовата механика, се считат за обещаващи компоненти за реализиране на квантови компютри. Проблем при свръхпроводящите наноструктури обаче е, че те функционират само при много ниски температури и следователно са трудни за прилагане в практиката. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Изследователи от университета в Мюнстер и изследователския център Юлих за първи път демонстрираха това, което е известно като квантуване на енергията в нанопроводници, изработени от високотемпературни свръхпроводници – т.е. свръхпроводници, при които температурата е повишена, под която преобладават квантово-механичните ефекти. Свръхпроводящата нанопроводница след това приема само избрани енергийни състояния, които биха могли да бъдат използвани за кодиране на информация. Във високотемпературните свръхпроводници изследователите успяха да наблюдават за първи път и абсорбцията на един фотон – светлинна частица, която служи за предаване на информация.
„От една страна, нашите резултати могат да допринесат за използването на значително опростена технология за охлаждане в квантовите технологии в бъдеще, а от друга страна, те ни предлагат напълно нови прозрения за процесите, управляващи свръхпроводящите състояния и тяхната динамика, които все още не са разбрани“, подчертава ръководителят на изследването, проф. Карстен Шук от Института по физика към университета в Мюнстер. Следователно резултатите могат да бъдат от значение за разработването на нови видове компютърни технологии. Изследването е публикувано в списание Nature Communications.
Учените използвали свръхпроводници, изработени от елементите итрий, барий, меден оксид и кислород, или накратко YBCO, от които изработили тънки с няколко нанометра жици. Когато тези структури провеждат електрически ток, възникват физически динамики, наречени „фазови приплъзвания“. В случая на YBCO нанопроводниците, флуктуациите на плътността на носителите на заряд причиняват вариации в свръхтока. Изследователите изследвали процесите в нанопроводниците при температури под 20 Келвина, което съответства на минус 253 градуса по Целзий. В комбинация с моделни изчисления, те демонстрирали квантуване на енергийните състояния в нанопроводниците. Температурата, при която проводниците са влезли в квантово състояние, е била от 12 до 13 Келвина – температура няколкостотин пъти по-висока от температурата, необходима за обикновено използваните материали. Това позволило на учените да произведат резонатори, т.е. осцилиращи системи, настроени на специфични честоти, с много по-дълъг живот и да поддържат квантово-механичните състояния за по-дълго време. Това е предпоставка за дългосрочното разработване на все по-големи квантови компютри.
Други важни компоненти за развитието на квантовите технологии, но потенциално и за медицинската диагностика, са детекторите, които могат да регистрират дори единични фотони. Изследователската група на Карстен Шук в университета в Мюнстер работи от няколко години върху разработването на такива еднофотонни детектори, базирани на свръхпроводници. Това, което вече работи добре при ниски температури, учените от цял свят се опитват да постигнат с високотемпературни свръхпроводници повече от десетилетие. В нанопроводниците YBCO, използвани за изследването, този опит вече е успешен за първи път. „Нашите нови открития проправят пътя за нови експериментално проверими теоретични описания и технологични разработки“, казва съавторът Мартин Волф от изследователската група на Шук.
Можете да бъдете сигурни, че нашите редактори следят отблизо всяка изпратена обратна връзка и ще предприемат подходящи действия. Вашите мнения са важни за нас.
Вашият имейл адрес се използва само за да уведоми получателя кой е изпратил имейла. Нито вашият адрес, нито адресът на получателя ще бъдат използвани за каквато и да е друга цел. Въведената от вас информация ще се появи във вашето имейл съобщение и няма да се съхранява от Phys.org под никаква форма.
Получавайте седмични и/или ежедневни актуализации във вашата пощенска кутия. Можете да се отпишете по всяко време и ние никога няма да споделяме вашите данни с трети страни.
Този сайт използва „бисквитки“, за да ви помогне с навигацията, да анализира използването на нашите услуги и да ви предоставя съдържание от трети страни. С използването на нашия сайт вие потвърждавате, че сте прочели и разбирате нашата Политика за поверителност и Условия за ползване.
Време на публикуване: 07 април 2020 г.