Kvanttitietokoneen kehittäminen, joka pystyy ratkaisemaan ongelmia, joita klassiset tietokoneet pystyvät ratkaisemaan vain suurin ponnistuksin tai eivät ollenkaan – tätä tavoitetta pyrkii tällä hetkellä yhä useammat tutkimusryhmät maailmanlaajuisesti. Syy: Kvanttiefektit, jotka ovat peräisin pienimpien hiukkasten ja rakenteiden maailmasta, mahdollistavat monia uusia teknologisia sovelluksia. Niin sanottuja suprajohteita, jotka mahdollistavat tiedon ja signaalien käsittelyn kvanttimekaniikan lakien mukaisesti, pidetään lupaavina komponentteina kvanttitietokoneiden toteuttamisessa. Suprajohtavien nanorakenteiden ongelmakohta on kuitenkin se, että ne toimivat vain hyvin matalissa lämpötiloissa ja niitä on siksi vaikea soveltaa käytännön sovelluksiin. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Münsterin yliopiston ja Jülichin tutkimuskeskuksen tutkijat osoittivat nyt ensimmäistä kertaa niin sanotun energiakvantisaation korkean lämpötilan suprajohteista valmistetuissa nanolangoissa – eli suprajohteissa, joiden lämpötila on korkeampi, jonka alapuolella kvanttimekaaniset vaikutukset ovat vallitsevia. Suprajohtava nanolanka olettaa sitten vain valittuja energiatiloja, joita voitaisiin käyttää tiedon koodaamiseen. Korkean lämpötilan suprajohteissa tutkijat pystyivät myös ensimmäistä kertaa havaitsemaan yksittäisen fotonin, tiedon välittämiseen tarkoitetun valohiukkasen, absorption.
”Yhtäältä tuloksemme voivat edistää huomattavasti yksinkertaistetun jäähdytystekniikan käyttöä kvanttiteknologioissa tulevaisuudessa, ja toisaalta ne tarjoavat meille täysin uusia näkemyksiä suprajohtavia tiloja ja niiden dynamiikkaa säätelevistä prosesseista, joita ei vielä ymmärretä”, korostaa tutkimuksen johtaja, professori kesäkuu Carsten Schuck Münsterin yliopiston fysiikan laitokselta. Tulokset voivat siksi olla merkityksellisiä uudenlaisten tietokonetekniikoiden kehittämisen kannalta. Tutkimus on julkaistu Nature Communications -lehdessä.
Tutkijat käyttivät yttriumista, bariumista, kuparioksidista ja hapesta eli lyhyesti YBCO:sta valmistettuja suprajohteita, joista he valmistivat muutaman nanometrin ohuita lankoja. Kun nämä rakenteet johtavat sähkövirtaa, tapahtuu fysikaalista dynamiikkaa, jota kutsutaan "vaiheen luiskahduksiksi". YBCO-nanolankojen tapauksessa varauksenkuljettajien tiheyden vaihtelut aiheuttavat supravirran vaihteluita. Tutkijat tutkivat nanolankojen prosesseja alle 20 kelvinin lämpötiloissa, mikä vastaa -253 celsiusastetta. Yhdessä mallilaskelmien kanssa he osoittivat nanolankojen energiatilojen kvantisoitumisen. Lämpötila, jossa langat siirtyivät kvanttitilaan, oli 12–13 kelviniä – lämpötila, joka on useita satoja kertoja korkeampi kuin normaalisti käytettyjen materiaalien vaatima lämpötila. Tämä mahdollisti tutkijoiden tuottaa resonaattoreita eli tietyille taajuuksille viritettyjä värähtelyjärjestelmiä, joilla on paljon pidempi käyttöikä ja jotka ylläpitävät kvanttimekaanisia tiloja pidempään. Tämä on edellytys yhä suurempien kvanttitietokoneiden pitkän aikavälin kehitykselle.
Muita tärkeitä komponentteja kvanttiteknologioiden kehittämisessä, mutta mahdollisesti myös lääketieteellisessä diagnostiikassa, ovat ilmaisimet, jotka pystyvät rekisteröimään jopa yksittäisiä fotoneja. Carsten Schuckin tutkimusryhmä Münsterin yliopistossa on työskennellyt useiden vuosien ajan kehittääkseen tällaisia suprajohteisiin perustuvia yksittäisten fotonien ilmaisimia. Se, mikä toimii jo hyvin matalissa lämpötiloissa, tiedemiehet ympäri maailmaa ovat yrittäneet saavuttaa korkean lämpötilan suprajohteilla yli vuosikymmenen ajan. Tutkimuksessa käytetyissä YBCO-nanolangoissa tämä yritys on nyt onnistunut ensimmäistä kertaa. "Uudet löydöksemme tasoittavat tietä uusille kokeellisesti todennettavissa oleville teoreettisille kuvauksille ja teknologiselle kehitykselle", sanoo Schuckin tutkimusryhmän toinen kirjoittaja Martin Wolff.
Voit olla varma, että toimittajamme seuraavat tarkasti jokaista lähetettyä palautetta ja ryhtyvät asianmukaisiin toimiin. Mielipiteesi ovat meille tärkeitä.
Sähköpostiosoitettasi käytetään vain ilmoittamaan vastaanottajalle, kuka lähetti sähköpostin. Osoitettasi tai vastaanottajan osoitetta ei käytetä mihinkään muuhun tarkoitukseen. Antamasi tiedot näkyvät sähköpostiviestissäsi, eikä Phys.org säilytä niitä missään muodossa.
Saat viikoittaisia ja/tai päivittäisiä päivityksiä sähköpostiisi. Voit peruuttaa tilauksen milloin tahansa, emmekä koskaan jaa tietojasi kolmansille osapuolille.
Tämä sivusto käyttää evästeitä navigoinnin helpottamiseksi, palvelujemme käytön analysoimiseksi ja kolmansien osapuolten sisällön tarjoamiseksi. Käyttämällä sivustoamme hyväksyt, että olet lukenut ja ymmärtänyt tietosuojakäytäntömme ja käyttöehtomme.
Julkaisun aika: 07.04.2020