فناوری‌های کوانتومی: بینش‌های جدید در مورد فرآیندهای ابررسانایی

توسعه یک کامپیوتر کوانتومی که بتواند مسائلی را حل کند که کامپیوترهای کلاسیک فقط با تلاش زیاد یا اصلاً نمی‌توانند آنها را حل کنند - این هدفی است که در حال حاضر توسط تعداد فزاینده‌ای از تیم‌های تحقیقاتی در سراسر جهان دنبال می‌شود. دلیل: اثرات کوانتومی که از دنیای کوچکترین ذرات و ساختارها سرچشمه می‌گیرند، بسیاری از کاربردهای جدید فناوری را ممکن می‌سازند. به اصطلاح ابررساناها که امکان پردازش اطلاعات و سیگنال‌ها را طبق قوانین مکانیک کوانتومی فراهم می‌کنند، اجزای امیدوارکننده‌ای برای تحقق کامپیوترهای کوانتومی در نظر گرفته می‌شوند. با این حال، نکته‌ی مهم نانوساختارهای ابررسانا این است که آنها فقط در دماهای بسیار پایین عمل می‌کنند و بنابراین استفاده از آنها در کاربردهای عملی دشوار است. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });

محققان دانشگاه مونستر و مرکز تحقیقات علمی یولیش اکنون برای اولین بار، چیزی را که به عنوان کوانتیزاسیون انرژی در نانوسیم‌های ساخته شده از ابررساناهای دمای بالا شناخته می‌شود - یعنی ابررساناهایی که در آنها دما بالاتر از حدی است که اثرات مکانیکی کوانتومی غالب هستند - نشان دادند. سپس نانوسیم ابررسانا فقط حالت‌های انرژی انتخابی را در نظر می‌گیرد که می‌توانند برای رمزگذاری اطلاعات استفاده شوند. در ابررساناهای دمای بالا، محققان همچنین برای اولین بار توانستند جذب یک فوتون واحد، یک ذره نوری که برای انتقال اطلاعات استفاده می‌شود، را مشاهده کنند.

پروفسور جون کارستن شاک، سرپرست این مطالعه از موسسه فیزیک دانشگاه مونستر، تأکید می‌کند: «از یک سو، نتایج ما می‌تواند به استفاده از فناوری خنک‌سازی بسیار ساده‌شده در فناوری‌های کوانتومی در آینده کمک کند و از سوی دیگر، بینش‌های کاملاً جدیدی در مورد فرآیندهای حاکم بر حالت‌های ابررسانایی و دینامیک آنها که هنوز درک نشده‌اند، به ما ارائه می‌دهد.» بنابراین، این نتایج ممکن است برای توسعه انواع جدید فناوری رایانه‌ای مرتبط باشد. این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.

دانشمندان از ابررساناهای ساخته شده از عناصر ایتریم، باریم، اکسید مس و اکسیژن یا به اختصار YBCO استفاده کردند و از آنها سیم‌های نازک چند نانومتری ساختند. وقتی این ساختارها جریان الکتریکی را هدایت می‌کنند، دینامیک فیزیکی به نام "لغزش فاز" رخ می‌دهد. در مورد نانوسیم‌های YBCO، نوسانات چگالی حامل بار باعث ایجاد تغییراتی در ابرجریان می‌شود. محققان فرآیندهای موجود در نانوسیم‌ها را در دماهای زیر 20 کلوین، که معادل منفی 253 درجه سانتیگراد است، بررسی کردند. در ترکیب با محاسبات مدل، آنها کوانتیزاسیون حالت‌های انرژی در نانوسیم‌ها را نشان دادند. دمایی که در آن سیم‌ها وارد حالت کوانتومی شدند، 12 تا 13 کلوین بود - دمایی چند صد برابر بیشتر از دمای مورد نیاز برای موادی که معمولاً استفاده می‌شوند. این امر دانشمندان را قادر ساخت تا تشدیدگرها، یعنی سیستم‌های نوسانی تنظیم شده با فرکانس‌های خاص، با طول عمر بسیار طولانی‌تر و حفظ حالت‌های مکانیک کوانتومی برای مدت طولانی‌تر تولید کنند. این یک پیش‌نیاز برای توسعه بلندمدت رایانه‌های کوانتومی بزرگتر است.

اجزای مهم دیگر برای توسعه فناوری‌های کوانتومی، و همچنین به طور بالقوه برای تشخیص پزشکی، آشکارسازهایی هستند که می‌توانند حتی تک فوتون‌ها را ثبت کنند. گروه تحقیقاتی کارستن شاک در دانشگاه مونستر چندین سال است که روی توسعه چنین آشکارسازهای تک فوتونی مبتنی بر ابررساناها کار می‌کند. دانشمندان در سراسر جهان بیش از یک دهه است که سعی در دستیابی به چیزی دارند که در دماهای پایین به خوبی کار می‌کند. در نانوسیم‌های YBCO مورد استفاده برای این مطالعه، این تلاش اکنون برای اولین بار با موفقیت انجام شده است. مارتین ولف، نویسنده همکار از گروه تحقیقاتی شاک، می‌گوید: «یافته‌های جدید ما راه را برای توصیفات نظری جدید و پیشرفت‌های فناوری که به صورت تجربی قابل تأیید هستند، هموار می‌کند.»

می‌توانید مطمئن باشید که ویراستاران ما تک تک بازخوردهای ارسالی را از نزدیک رصد می‌کنند و اقدامات لازم را انجام خواهند داد. نظرات شما برای ما مهم است.

آدرس ایمیل شما فقط برای اطلاع گیرنده از فرستنده ایمیل استفاده می‌شود. نه آدرس شما و نه آدرس گیرنده برای هیچ هدف دیگری استفاده نخواهد شد. اطلاعاتی که وارد می‌کنید در پیام ایمیل شما ظاهر می‌شود و به هیچ وجه توسط Phys.org نگهداری نمی‌شود.

به‌روزرسانی‌های هفتگی و/یا روزانه را در صندوق ورودی خود دریافت کنید. می‌توانید در هر زمان اشتراک خود را لغو کنید و ما هرگز اطلاعات شما را با اشخاص ثالث به اشتراک نمی‌گذاریم.

این سایت از کوکی‌ها برای کمک به پیمایش، تجزیه و تحلیل استفاده شما از خدمات ما و ارائه محتوا از اشخاص ثالث استفاده می‌کند. با استفاده از سایت ما، شما تأیید می‌کنید که سیاست حفظ حریم خصوصی و شرایط استفاده ما را خوانده و متوجه شده‌اید.