კვანტური ტექნოლოგიები: ზეგამტარი პროცესების ახალი ხედვები

კვანტური კომპიუტერის შემუშავება, რომელსაც შეუძლია ამოცანების გადაჭრა, რომელთა გადაჭრაც კლასიკურ კომპიუტერებს მხოლოდ დიდი ძალისხმევით ან საერთოდ არ შეუძლიათ - ეს არის მიზანი, რომელსაც ამჟამად მსოფლიოში კვლევითი ჯგუფების მზარდი რაოდენობა მისდევს. მიზეზი: კვანტური ეფექტები, რომლებიც უმცირესი ნაწილაკებისა და სტრუქტურების სამყაროდან მომდინარეობს, მრავალი ახალი ტექნოლოგიური გამოყენების საშუალებას იძლევა. ე.წ. ზეგამტარები, რომლებიც ინფორმაციისა და სიგნალების დამუშავების საშუალებას იძლევა კვანტური მექანიკის კანონების შესაბამისად, კვანტური კომპიუტერების რეალიზაციის პერსპექტიულ კომპონენტებად ითვლება. თუმცა, ზეგამტარი ნანოსტრუქტურების ერთ-ერთი მთავარი პრობლემა ის არის, რომ ისინი მხოლოდ ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე ფუნქციონირებენ და შესაბამისად, პრაქტიკულ გამოყენებაში მათი გამოყენება რთულია. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });

მიუნსტერის უნივერსიტეტისა და იულიხის მეცნიერების ცენტრის მკვლევრებმა პირველად აჩვენეს ე.წ. ენერგიის კვანტიზაცია მაღალი ტემპერატურის ზეგამტარებისგან დამზადებულ ნანომავთულებში - ანუ ზეგამტარებში, რომლებშიც ტემპერატურა მაღალია, რომლის ქვემოთაც ჭარბობს კვანტური მექანიკური ეფექტები. შემდეგ ზეგამტარი ნანომავთული იღებს მხოლოდ შერჩეულ ენერგეტიკულ მდგომარეობებს, რომელთა გამოყენებაც ინფორმაციის კოდირებისთვის შეიძლება. მაღალი ტემპერატურის ზეგამტარებში მკვლევარებმა ასევე პირველად შეძლეს დაკვირვება ერთი ფოტონის, სინათლის ნაწილაკის, შთანთქმის, რომელიც ინფორმაციის გადაცემას ემსახურება.

„ერთი მხრივ, ჩვენი შედეგები ხელს შეუწყობს მომავალში კვანტურ ტექნოლოგიებში მნიშვნელოვნად გამარტივებული გაგრილების ტექნოლოგიის გამოყენებას, ხოლო მეორე მხრივ, ისინი გვთავაზობენ სრულიად ახალ ხედვას ზეგამტარობის მდგომარეობების მარეგულირებელი პროცესებისა და მათი დინამიკის შესახებ, რომლებიც ჯერ კიდევ გაუგებარია“, - ხაზს უსვამს კვლევის ხელმძღვანელი, მიუნსტერის უნივერსიტეტის ფიზიკის ინსტიტუტის პროფესორი, კარსტენ შუკი. შესაბამისად, შედეგები შეიძლება მნიშვნელოვანი იყოს კომპიუტერული ტექნოლოგიების ახალი ტიპების შემუშავებისთვის. კვლევა გამოქვეყნდა ჟურნალ Nature Communications-ში.

მეცნიერებმა გამოიყენეს იტრიუმის, ბარიუმის, სპილენძის ოქსიდისა და ჟანგბადის ელემენტებისგან, ანუ შემოკლებით YBCO-სგან დამზადებული ზეგამტარები, რომელთაგანაც მათ რამდენიმე ნანომეტრის თხელ მავთული შექმნეს. როდესაც ეს სტრუქტურები ატარებენ ელექტრულ დენს, ხდება ფიზიკური დინამიკა, რომელსაც „ფაზური სრიალი“ ეწოდება. YBCO ნანომავთულების შემთხვევაში, მუხტის მატარებლის სიმკვრივის რყევები იწვევს ზედენში ვარიაციებს. მკვლევარებმა გამოიკვლიეს ნანომავთულებში მიმდინარე პროცესები 20 კელვინზე დაბალ ტემპერატურაზე, რაც შეესაბამება მინუს 253 გრადუს ცელსიუსს. მოდელის გამოთვლებთან ერთად, მათ აჩვენეს ნანომავთულებში ენერგეტიკული მდგომარეობების კვანტიზაცია. ტემპერატურა, რომლის დროსაც მავთულები კვანტურ მდგომარეობაში შედიოდნენ, აღმოჩნდა 12-დან 13 კელვინამდე - ტემპერატურა რამდენიმე ასეულჯერ მაღალი, ვიდრე ჩვეულებრივ გამოყენებული მასალებისთვის საჭირო ტემპერატურა. ამან მეცნიერებს საშუალება მისცა შეექმნათ რეზონატორები, ანუ რხევითი სისტემები, რომლებიც მორგებულია კონკრეტულ სიხშირეებზე, გაცილებით ხანგრძლივი სიცოცხლის ხანგრძლივობით და კვანტურ-მექანიკური მდგომარეობების უფრო დიდხანს შენარჩუნებით. ეს წინაპირობაა უფრო დიდი კვანტური კომპიუტერების გრძელვადიანი განვითარებისთვის.

კვანტური ტექნოლოგიების განვითარებისთვის, მაგრამ პოტენციურად სამედიცინო დიაგნოსტიკისთვისაც, კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი კომპონენტია დეტექტორები, რომლებსაც შეუძლიათ ერთფოტონიანი დეტექტორების რეგისტრაციაც კი. მიუნსტერის უნივერსიტეტში კარსტენ შუკის კვლევითი ჯგუფი რამდენიმე წელია მუშაობს ზეგამტარებზე დაფუძნებული ასეთი ერთფოტონიანი დეტექტორების შემუშავებაზე. ის, რასაც უკვე კარგად მუშაობს დაბალ ტემპერატურაზე, მთელი მსოფლიოს მეცნიერები ათწლეულზე მეტია ცდილობენ მიაღწიონ მაღალი ტემპერატურის ზეგამტარებით. კვლევისთვის გამოყენებულ YBCO ნანომავთულებში ეს მცდელობა პირველად წარმატებით დასრულდა. „ჩვენი ახალი აღმოჩენები გზას უხსნის ახალ ექსპერიმენტულად დადასტურებულ თეორიულ აღწერილობებსა და ტექნოლოგიურ განვითარებას“, - ამბობს შუკის კვლევითი ჯგუფის თანაავტორი მარტინ ვოლფი.

შეგიძლიათ დარწმუნებული იყოთ, რომ ჩვენი რედაქტორები ყურადღებით აკვირდებიან გაგზავნილ ყველა გამოხმაურებას და მიიღებენ შესაბამის ზომებს. თქვენი მოსაზრებები ჩვენთვის მნიშვნელოვანია.

თქვენი ელექტრონული ფოსტის მისამართი გამოიყენება მხოლოდ იმისთვის, რომ მიმღებმა შეიტყოს, თუ ვინ გამოგიგზავნათ ელ.წერილი. არც თქვენი და არც მიმღების მისამართი არ იქნება გამოყენებული სხვა მიზნით. თქვენს მიერ შეყვანილი ინფორმაცია გამოჩნდება თქვენს ელ.წერილში და Phys.org-ის მიერ არ შეინახება რაიმე ფორმით.

მიიღეთ ყოველკვირეული და/ან ყოველდღიური განახლებები თქვენს ელ. ფოსტაზე. შეგიძლიათ გამოწერის გაუქმება ნებისმიერ დროს და ჩვენ არასდროს გავუზიარებთ თქვენს მონაცემებს მესამე პირებს.

ეს საიტი იყენებს ქუქი-ფაილებს ნავიგაციის გასაადვილებლად, ჩვენი სერვისების თქვენი გამოყენების გასაანალიზებლად და მესამე მხარის კონტენტის მოსაწოდებლად. ჩვენი საიტის გამოყენებით, თქვენ ადასტურებთ, რომ წაიკითხეთ და გესმით ჩვენი კონფიდენციალურობის პოლიტიკა და გამოყენების პირობები.