Vývoj kvantového počítače, který dokáže řešit problémy, které klasické počítače dokáží vyřešit jen s velkým úsilím nebo vůbec ne – to je cíl, o který v současnosti usiluje stále rostoucí počet výzkumných týmů po celém světě. Důvod: Kvantové efekty, které pocházejí ze světa nejmenších částic a struktur, umožňují mnoho nových technologických aplikací. Takzvané supravodiče, které umožňují zpracování informací a signálů podle zákonů kvantové mechaniky, jsou považovány za slibné komponenty pro realizaci kvantových počítačů. Problémem supravodivých nanostruktur je však to, že fungují pouze při velmi nízkých teplotách, a proto je obtížné je uvést do praktických aplikací. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Výzkumníci z Univerzity v Münsteru a z Výzkumného centra v Jülichu nyní poprvé demonstrovali tzv. kvantizaci energie v nanodrátech vyrobených z vysokoteplotních supravodičů – tedy supravodičů, u kterých je teplota zvýšena pod úroveň, pod kterou převládají kvantově mechanické efekty. Supravodivý nanodrát pak nabývá pouze vybraných energetických stavů, které by mohly být použity ke kódování informace. U vysokoteplotních supravodičů byli vědci také poprvé schopni pozorovat absorpci jediného fotonu, světelné částice, která slouží k přenosu informace.
„Na jedné straně mohou naše výsledky v budoucnu přispět k využití značně zjednodušené chladicí technologie v kvantových technologiích a na druhé straně nám nabízejí zcela nové poznatky o procesech řídících supravodivé stavy a jejich dynamiku, které dosud nejsou pochopeny,“ zdůrazňuje vedoucí studie Jun. Prof. Carsten Schuck z Fyzikálního ústavu Univerzity v Münsteru. Výsledky proto mohou být relevantní pro vývoj nových typů počítačové technologie. Studie byla publikována v časopise Nature Communications.
Vědci použili supravodiče vyrobené z prvků yttria, barya, oxidu mědi a kyslíku, zkráceně YBCO, z nichž vyrobili několik nanometrových tenkých drátků. Když tyto struktury vedou elektrický proud, dochází k fyzikální dynamice zvané „fázové posuny“. V případě nanodrátů YBCO způsobují fluktuace hustoty nosičů náboje změny v superproudu. Vědci zkoumali procesy v nanodrátech při teplotách pod 20 Kelvinů, což odpovídá -253 stupňům Celsia. V kombinaci s modelovými výpočty prokázali kvantizaci energetických stavů v nanodrátech. Teplota, při které dráty vstoupily do kvantového stavu, byla zjištěna na 12 až 13 Kelvinů – teplota několik setkrát vyšší než teplota potřebná pro běžně používané materiály. To umožnilo vědcům vyrobit rezonátory, tj. oscilační systémy naladěné na specifické frekvence, s mnohem delší životností a udržet kvantově mechanické stavy po delší dobu. To je předpokladem pro dlouhodobý vývoj stále větších kvantových počítačů.
Dalšími důležitými komponenty pro vývoj kvantových technologií, ale potenciálně i pro lékařskou diagnostiku, jsou detektory, které dokáží registrovat i jednotlivé fotony. Výzkumná skupina Carstena Schucka na Münsterské univerzitě pracuje již několik let na vývoji takových detektorů jednotlivých fotonů založených na supravodičích. To, co již funguje dobře při nízkých teplotách, se vědci na celém světě snaží dosáhnout s vysokoteplotními supravodiči již více než deset let. U nanodrátů YBCO použitých pro studii se tento pokus poprvé uskutečnil. „Naše nové poznatky dláždí cestu k novým experimentálně ověřitelným teoretickým popisům a technologickému vývoji,“ říká spoluautor Martin Wolff z výzkumné skupiny Schuck.
Můžete si být jisti, že naši redaktoři pečlivě sledují každou zaslanou zpětnou vazbu a podniknou příslušné kroky. Vaše názory jsou pro nás důležité.
Vaše e-mailová adresa slouží pouze k tomu, aby příjemce věděl, kdo e-mail odeslal. Ani vaše adresa, ani adresa příjemce nebudou použity k žádnému jinému účelu. Informace, které zadáte, se zobrazí ve vaší e-mailové zprávě a nebudou společností Phys.org v žádné formě uchovávány.
Získejte týdenní a/nebo denní aktualizace do své e-mailové schránky. Odhlásit se můžete kdykoli a vaše údaje nikdy nebudeme sdílet se třetími stranami.
Tyto stránky používají soubory cookie, které usnadňují navigaci, analyzují vaše používání našich služeb a poskytují obsah od třetích stran. Používáním našich stránek potvrzujete, že jste si přečetli a rozumíte našim Zásadám ochrany osobních údajů a Podmínkám používání.
Čas zveřejnění: 7. dubna 2020