Η ανάπτυξη ενός κβαντικού υπολογιστή που μπορεί να λύσει προβλήματα, τα οποία οι κλασικοί υπολογιστές μπορούν να λύσουν μόνο με μεγάλη προσπάθεια ή και καθόλου — αυτός είναι ο στόχος που επιδιώκεται αυτήν τη στιγμή από έναν συνεχώς αυξανόμενο αριθμό ερευνητικών ομάδων παγκοσμίως. Ο λόγος: Τα κβαντικά φαινόμενα, τα οποία προέρχονται από τον κόσμο των μικρότερων σωματιδίων και δομών, επιτρέπουν πολλές νέες τεχνολογικές εφαρμογές. Οι λεγόμενοι υπεραγωγοί, οι οποίοι επιτρέπουν την επεξεργασία πληροφοριών και σημάτων σύμφωνα με τους νόμους της κβαντομηχανικής, θεωρούνται πολλά υποσχόμενα συστατικά για την υλοποίηση κβαντικών υπολογιστών. Ένα σημείο τριβής των υπεραγώγιμων νανοδομών, ωστόσο, είναι ότι λειτουργούν μόνο σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες και επομένως είναι δύσκολο να εφαρμοστούν σε πρακτικές εφαρμογές. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Μύνστερ και στο Κέντρο Έρευνας του Γιούλιχ κατέδειξαν για πρώτη φορά αυτό που είναι γνωστό ως κβάντωση ενέργειας σε νανοσύρματα κατασκευασμένα από υπεραγωγούς υψηλής θερμοκρασίας - δηλαδή υπεραγωγούς, στους οποίους η θερμοκρασία είναι υψηλότερη κάτω από την οποία κυριαρχούν τα κβαντομηχανικά φαινόμενα. Το υπεραγώγιμο νανοσύρμα στη συνέχεια αναλαμβάνει μόνο επιλεγμένες ενεργειακές καταστάσεις που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την κωδικοποίηση πληροφοριών. Στους υπεραγωγούς υψηλής θερμοκρασίας, οι ερευνητές μπόρεσαν επίσης να παρατηρήσουν για πρώτη φορά την απορρόφηση ενός μόνο φωτονίου, ενός σωματιδίου φωτός που χρησιμεύει για τη μετάδοση πληροφοριών.
«Από τη μία πλευρά, τα αποτελέσματά μας μπορούν να συμβάλουν στη χρήση σημαντικά απλοποιημένης τεχνολογίας ψύξης στις κβαντικές τεχνολογίες στο μέλλον, και από την άλλη πλευρά, μας προσφέρουν εντελώς νέες γνώσεις σχετικά με τις διαδικασίες που διέπουν τις υπεραγώγιμες καταστάσεις και τη δυναμική τους, οι οποίες ακόμη δεν έχουν κατανοηθεί», τονίζει ο επικεφαλής της μελέτης, καθηγητής Κάρστεν Σουκ, από το Ινστιτούτο Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Μύνστερ. Τα αποτελέσματα μπορεί επομένως να είναι σχετικά με την ανάπτυξη νέων τύπων τεχνολογίας υπολογιστών. Η μελέτη έχει δημοσιευτεί στο περιοδικό Nature Communications.
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν υπεραγωγούς κατασκευασμένους από τα στοιχεία ύττριο, βάριο, οξείδιο του χαλκού και οξυγόνο, ή εν συντομία YBCO, από τους οποίους κατασκεύασαν σύρματα πάχους μερικών νανομέτρων. Όταν αυτές οι δομές άγουν ηλεκτρικό ρεύμα, συμβαίνουν φυσικές δυναμικές που ονομάζονται «φάσεις ολίσθησης». Στην περίπτωση των νανοσυρμάτων YBCO, οι διακυμάνσεις της πυκνότητας των φορέων φορτίου προκαλούν διακυμάνσεις στο υπερρεύμα. Οι ερευνητές διερεύνησαν τις διεργασίες στα νανοσύρματα σε θερμοκρασίες κάτω των 20 Kelvin, που αντιστοιχεί σε μείον 253 βαθμούς Κελσίου. Σε συνδυασμό με υπολογισμούς μοντέλων, κατέδειξαν μια κβαντοποίηση των ενεργειακών καταστάσεων στα νανοσύρματα. Η θερμοκρασία στην οποία τα σύρματα εισήλθαν στην κβαντική κατάσταση βρέθηκε στους 12 έως 13 Kelvin - μια θερμοκρασία αρκετές εκατοντάδες φορές υψηλότερη από τη θερμοκρασία που απαιτείται για τα υλικά που χρησιμοποιούνται κανονικά. Αυτό επέτρεψε στους επιστήμονες να παράγουν συντονιστές, δηλαδή συστήματα ταλάντωσης συντονισμένα σε συγκεκριμένες συχνότητες, με πολύ μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και να διατηρούν τις κβαντομηχανικές καταστάσεις για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Αυτή είναι προϋπόθεση για τη μακροπρόθεσμη ανάπτυξη ολοένα και μεγαλύτερων κβαντικών υπολογιστών.
Περαιτέρω σημαντικά στοιχεία για την ανάπτυξη κβαντικών τεχνολογιών, αλλά ενδεχομένως και για την ιατρική διαγνωστική, είναι οι ανιχνευτές που μπορούν να καταγράψουν ακόμη και μεμονωμένα φωτόνια. Η ερευνητική ομάδα του Carsten Schuck στο Πανεπιστήμιο του Münster εργάζεται εδώ και αρκετά χρόνια για την ανάπτυξη τέτοιων ανιχνευτών μεμονωμένων φωτονίων που βασίζονται σε υπεραγωγούς. Αυτό που ήδη λειτουργεί καλά σε χαμηλές θερμοκρασίες, επιστήμονες σε όλο τον κόσμο προσπαθούν να επιτύχουν με υπεραγωγούς υψηλής θερμοκρασίας για περισσότερο από μια δεκαετία. Στα νανοκαλώδια YBCO που χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη, αυτή η προσπάθεια στέφθηκε με επιτυχία για πρώτη φορά. «Τα νέα μας ευρήματα ανοίγουν το δρόμο για νέες πειραματικά επαληθεύσιμες θεωρητικές περιγραφές και τεχνολογικές εξελίξεις», λέει ο συν-συγγραφέας Martin Wolff από την ερευνητική ομάδα Schuck.
Μπορείτε να είστε βέβαιοι ότι οι συντάκτες μας παρακολουθούν στενά κάθε σχόλιο που αποστέλλεται και θα λάβουν τα κατάλληλα μέτρα. Οι απόψεις σας είναι σημαντικές για εμάς.
Η διεύθυνση email σας χρησιμοποιείται μόνο για να ενημερώσει τον παραλήπτη ποιος έστειλε το email. Ούτε η διεύθυνσή σας ούτε η διεύθυνση του παραλήπτη θα χρησιμοποιηθούν για κανέναν άλλο σκοπό. Οι πληροφορίες που εισάγετε θα εμφανιστούν στο μήνυμα email σας και δεν διατηρούνται από το Phys.org σε καμία μορφή.
Λάβετε εβδομαδιαίες ή/και καθημερινές ενημερώσεις στα εισερχόμενά σας. Μπορείτε να διαγραφείτε ανά πάσα στιγμή και δεν θα κοινοποιήσουμε ποτέ τα στοιχεία σας σε τρίτους.
Αυτός ο ιστότοπος χρησιμοποιεί cookies για να βοηθήσει στην πλοήγηση, να αναλύσει τη χρήση των υπηρεσιών μας από εσάς και να παρέχει περιεχόμενο από τρίτους. Χρησιμοποιώντας τον ιστότοπό μας, αναγνωρίζετε ότι έχετε διαβάσει και κατανοήσει την Πολιτική Απορρήτου και τους Όρους Χρήσης μας.
Ώρα δημοσίευσης: 7 Απριλίου 2020