Þróun skammtatölvu sem getur leyst vandamál sem klassískar tölvur geta aðeins leyst með mikilli fyrirhöfn eða alls ekki — þetta er markmiðið sem sívaxandi fjöldi rannsóknarteyma um allan heim stefnir nú að. Ástæðan: Skammtaáhrif, sem eiga rætur að rekja til heimi minnstu agna og strúktúra, gera kleift að nýta sér margar nýjar tæknilegar aðferðir. Svokallaðir ofurleiðarar, sem gera kleift að vinna úr upplýsingum og merkjum samkvæmt lögmálum skammtafræðinnar, eru taldir vera efnilegir þættir til að gera skammtatölvur að veruleika. Vandamál með ofurleiðandi nanóbyggingar er hins vegar að þær virka aðeins við mjög lágt hitastig og því erfitt að koma þeim í framkvæmd. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Rannsakendur við Háskólann í Münster og Rannsóknarmiðstöð Jülich hafa nú í fyrsta skipti sýnt fram á það sem kallast orkukvantvæðing í nanóvírum úr háhitaofurleiðurum — þ.e. ofurleiðurum, þar sem hitastigið er hækkað undir það sem skammtafræðileg áhrif eru ríkjandi. Ofurleiðandi nanóvírinn tekur þá aðeins á sig valin orkustig sem hægt væri að nota til að umrita upplýsingar. Í háhitaofurleiðurunum gátu vísindamennirnir einnig í fyrsta skipti fylgst með frásogi einnar ljóseinda, ljóseinda sem þjónar til að flytja upplýsingar.
„Annars vegar geta niðurstöður okkar stuðlað að notkun á mun einfaldaðri kælitækni í skammtafræði í framtíðinni, og hins vegar veita þær okkur alveg nýja innsýn í ferla sem stjórna ofurleiðandi ástöndum og gangverki þeirra, sem enn eru óskilgreind,“ leggur áherslu á rannsóknarleiðtogann Jun. Prof. Carsten Schuck frá Eðlisfræðistofnun Háskólans í Münster. Niðurstöðurnar gætu því verið viðeigandi fyrir þróun nýrra gerða tölvutækni. Rannsóknin hefur verið birt í tímaritinu Nature Communications.
Vísindamennirnir notuðu ofurleiðara úr frumefnunum yttríum, baríum, koparoxíði og súrefni, eða YBCO í stuttu máli, og úr þeim smíðuðu þeir nokkurra nanómetra þunna víra. Þegar þessar mannvirki leiða rafstraum eiga sér stað eðlisfræðileg virkni sem kallast „fasabreytingar“. Í tilviki YBCO nanóvíra valda sveiflur í hleðsluflutningsþéttleika breytingum á ofurstraumnum. Rannsakendurnir rannsökuðu ferlin í nanóvírunum við hitastig undir 20 Kelvin, sem samsvarar mínus 253 gráðum á Celsíus. Í samvinnu við líkanreikninga sýndu þeir fram á skammtafræðilega virkni orkuástands í nanóvírunum. Hitastigið þar sem vírarnir fóru í skammtaástand reyndist vera 12 til 13 Kelvin - hitastig sem er nokkur hundruð sinnum hærra en hitastigið sem krafist er fyrir efnin sem venjulega eru notuð. Þetta gerði vísindamönnum kleift að framleiða ómtæki, þ.e. sveiflukerfi sem eru stillt á ákveðnar tíðnir, með mun lengri líftíma og til að viðhalda skammtafræðilegu ástandi lengur. Þetta er forsenda fyrir langtímaþróun sífellt stærri skammtatölva.
Aðrir mikilvægir þættir fyrir þróun skammtatækni, en hugsanlega einnig fyrir læknisfræðilega greiningu, eru skynjarar sem geta jafnvel skráð stakar ljóseindir. Rannsóknarhópur Carsten Schuck við Háskólann í Münster hefur unnið í nokkur ár að þróun slíkra stakra ljóseindarskynjara byggða á ofurleiðurum. Það sem virkar þegar vel við lágt hitastig hafa vísindamenn um allan heim reynt að ná fram með háhitastigsofurleiðurum í meira en áratug. Í YBCO nanóvírunum sem notaðir voru í rannsókninni hefur þessi tilraun nú tekist í fyrsta skipti. „Nýjar niðurstöður okkar ryðja brautina fyrir nýjar tilraunalega sannreynanlegar fræðilegar lýsingar og tækniþróun,“ segir meðhöfundur Martin Wolff frá Schuck rannsóknarhópnum.
Þú getur verið viss um að ritstjórar okkar fylgjast náið með öllum ábendingum sem sendar eru og munu grípa til viðeigandi aðgerða. Skoðanir þínar eru okkur mikilvægar.
Netfangið þitt er eingöngu notað til að láta viðtakandann vita hver sendi tölvupóstinn. Hvorki þitt netfang né netfang viðtakandans verða notuð í neinum öðrum tilgangi. Upplýsingarnar sem þú slærð inn birtast í tölvupóstinum þínum og Phys.org geymir þær ekki á nokkurn hátt.
Fáðu vikulegar og/eða daglegar uppfærslur sendar í pósthólfið þitt. Þú getur sagt upp áskrift hvenær sem er og við munum aldrei deila upplýsingum þínum með þriðja aðila.
Þessi síða notar vafrakökur til að aðstoða við leit, greina notkun þína á þjónustu okkar og birta efni frá þriðja aðila. Með því að nota síðuna okkar samþykkir þú að hafa lesið og skilið persónuverndarstefnu okkar og notkunarskilmála.
Birtingartími: 7. apríl 2020