Udviklingen af en kvantecomputer, der kan løse problemer, som klassiske computere kun kan løse med stor indsats eller slet ikke – dette er det mål, som i øjeblikket forfølges af et stadigt voksende antal forskerhold verden over. Årsagen: Kvanteeffekter, der stammer fra de mindste partiklers og strukturers verden, muliggør mange nye teknologiske anvendelser. Såkaldte superledere, der muliggør behandling af information og signaler i henhold til kvantemekanikkens love, betragtes som lovende komponenter til realisering af kvantecomputere. Et problem ved superledende nanostrukturer er imidlertid, at de kun fungerer ved meget lave temperaturer og derfor er vanskelige at bringe i praktisk anvendelse. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Forskere ved universitetet i Münster og Forschungszentrum Jülich har nu for første gang demonstreret det, der kaldes energikvantisering, i nanotråde lavet af højtemperatur-superledere – dvs. superledere, hvor temperaturen er hævet under hvilken kvantemekaniske effekter dominerer. Den superledende nanotråd antager derefter kun udvalgte energitilstande, der kan bruges til at kode information. I højtemperatur-superlederne var forskerne også i stand til for første gang at observere absorptionen af en enkelt foton, en lyspartikel, der tjener til at transmittere information.
"På den ene side kan vores resultater bidrage til brugen af betydeligt forenklet køleteknologi i kvanteteknologier i fremtiden, og på den anden side giver de os helt nye indsigter i de processer, der styrer superledende tilstande, og deres dynamik, som stadig ikke er forstået," understreger studieleder junior professor Carsten Schuck fra Institut for Fysik ved Münster Universitet. Resultaterne kan derfor være relevante for udviklingen af nye typer computerteknologi. Undersøgelsen er blevet offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications.
Forskerne brugte superledere lavet af grundstofferne yttrium, barium, kobberoxid og ilt, eller YBCO forkortet, hvorfra de fremstillede et par nanometer tynde tråde. Når disse strukturer leder elektrisk strøm, opstår der fysisk dynamik kaldet 'faseslip'. I tilfælde af YBCO-nanotråde forårsager udsving i ladningsbærertætheden variationer i superstrømmen. Forskerne undersøgte processerne i nanotrådene ved temperaturer under 20 Kelvin, hvilket svarer til minus 253 grader Celsius. I kombination med modelberegninger demonstrerede de en kvantisering af energitilstande i nanotrådene. Temperaturen, hvorved trådene gik ind i kvantetilstanden, blev fundet til 12 til 13 Kelvin - en temperatur, der er flere hundrede gange højere end den temperatur, der kræves for de normalt anvendte materialer. Dette gjorde det muligt for forskerne at producere resonatorer, dvs. oscillerende systemer indstillet til specifikke frekvenser, med meget længere levetider og til at opretholde de kvantemekaniske tilstande i længere tid. Dette er en forudsætning for den langsigtede udvikling af stadigt større kvantecomputere.
Yderligere vigtige komponenter for udviklingen af kvanteteknologier, men potentielt også til medicinsk diagnostik, er detektorer, der kan registrere selv enkeltfotoner. Carsten Schucks forskergruppe ved Münster Universitet har i flere år arbejdet på at udvikle sådanne enkeltfotondetektorer baseret på superledere. Hvad der allerede fungerer godt ved lave temperaturer, har forskere over hele verden forsøgt at opnå med højtemperatur-superledere i mere end et årti. I de YBCO-nanotråde, der blev brugt til undersøgelsen, er dette forsøg nu lykkedes for første gang. "Vores nye fund baner vejen for nye eksperimentelt verificerbare teoretiske beskrivelser og teknologiske udviklinger," siger medforfatter Martin Wolff fra Schuck-forskningsgruppen.
Du kan være sikker på, at vores redaktører nøje overvåger al feedback, der sendes, og vil træffe passende foranstaltninger. Dine meninger er vigtige for os.
Din e-mailadresse bruges kun til at fortælle modtageren, hvem der har sendt e-mailen. Hverken din adresse eller modtagerens adresse vil blive brugt til andre formål. De oplysninger, du indtaster, vil blive vist i din e-mail og opbevares ikke af Phys.org i nogen form.
Få ugentlige og/eller daglige opdateringer leveret til din indbakke. Du kan til enhver tid afmelde dig, og vi deler aldrig dine oplysninger med tredjeparter.
Dette websted bruger cookies til at hjælpe med navigation, analysere din brug af vores tjenester og levere indhold fra tredjeparter. Ved at bruge vores websted accepterer du, at du har læst og forstået vores privatlivspolitik og brugsbetingelser.
Opslagstidspunkt: 7. april 2020