De ontwikkeling van een quantumcomputer die problemen kan oplossen die klassieke computers alleen met grote moeite of helemaal niet kunnen oplossen – dat is het doel dat momenteel wordt nagestreefd door een steeds groeiend aantal onderzoeksteams wereldwijd. De reden: quantumeffecten, die hun oorsprong vinden in de wereld van de kleinste deeltjes en structuren, maken vele nieuwe technologische toepassingen mogelijk. Zogenaamde supergeleiders, die informatie en signalen volgens de wetten van de quantummechanica verwerken, worden beschouwd als veelbelovende componenten voor de realisatie van quantumcomputers. Een knelpunt van supergeleidende nanostructuren is echter dat ze alleen bij zeer lage temperaturen functioneren en daarom moeilijk in de praktijk toepasbaar zijn. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Onderzoekers van de Universiteit van Münster en het Forschungszentrum Jülich hebben nu voor het eerst zogenaamde energiekwantificering aangetoond in nanodraden gemaakt van hogetemperatuursupergeleiders – oftewel supergeleiders waarbij de temperatuur verhoogd is, waaronder kwantummechanische effecten overheersen. De supergeleidende nanodraad neemt dan alleen geselecteerde energietoestanden aan die gebruikt kunnen worden om informatie te coderen. In de hogetemperatuursupergeleiders konden de onderzoekers ook voor het eerst de absorptie van een enkel foton waarnemen, een lichtdeeltje dat dient voor informatieoverdracht.
"Enerzijds kunnen onze resultaten bijdragen aan de toepassing van aanzienlijk vereenvoudigde koeltechnologie in de toekomst in kwantumtechnologieën, en anderzijds bieden ze ons volledig nieuwe inzichten in de processen die supergeleidende toestanden en hun dynamiek bepalen, die nog steeds niet worden begrepen", benadrukt onderzoeksleider Jun. Prof. Carsten Schuck van het Institute of Physics van de Universiteit van Münster. De resultaten kunnen daarom relevant zijn voor de ontwikkeling van nieuwe computertechnologieën. De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.
De wetenschappers gebruikten supergeleiders gemaakt van de elementen yttrium, barium, koperoxide en zuurstof, kortweg YBCO, waaruit ze enkele nanometerdunne draadjes fabriceerden. Wanneer deze structuren elektrische stroom geleiden, ontstaan er fysische dynamieken die 'faseverschuivingen' worden genoemd. In het geval van YBCO-nanodraden veroorzaken fluctuaties in de ladingsdragerdichtheid variaties in de superstroom. De onderzoekers onderzochten de processen in de nanodraden bij temperaturen onder de 20 Kelvin, wat overeenkomt met -253 graden Celsius. In combinatie met modelberekeningen demonstreerden ze een kwantificering van de energietoestanden in de nanodraden. De temperatuur waarbij de draden de kwantumtoestand bereikten, bleek 12 tot 13 Kelvin te zijn – een temperatuur die honderden keren hoger is dan de temperatuur die normaal gesproken voor de gebruikte materialen vereist is. Dit stelde de wetenschappers in staat om resonatoren te produceren, oftewel oscillerende systemen afgestemd op specifieke frequenties, met een veel langere levensduur en om de kwantummechanische toestanden langer te behouden. Dit is een voorwaarde voor de ontwikkeling van steeds grotere quantumcomputers op de lange termijn.
Andere belangrijke componenten voor de ontwikkeling van kwantumtechnologieën, maar mogelijk ook voor medische diagnostiek, zijn detectoren die zelfs enkelvoudige fotonen kunnen registreren. De onderzoeksgroep van Carsten Schuck aan de Universiteit van Münster werkt al jaren aan de ontwikkeling van dergelijke enkelvoudige fotondetectoren op basis van supergeleiders. Wat al goed werkt bij lage temperaturen, proberen wetenschappers wereldwijd al meer dan tien jaar te bereiken met hogetemperatuursupergeleiders. In de YBCO-nanodraden die voor het onderzoek zijn gebruikt, is deze poging nu voor het eerst geslaagd. "Onze nieuwe bevindingen banen de weg voor nieuwe experimenteel verifieerbare theoretische beschrijvingen en technologische ontwikkelingen", aldus coauteur Martin Wolff van de onderzoeksgroep van Schuck.
U kunt erop vertrouwen dat onze redacteuren alle feedback nauwlettend in de gaten houden en passende maatregelen nemen. Uw mening is belangrijk voor ons.
Uw e-mailadres wordt alleen gebruikt om de ontvanger te laten weten wie de e-mail heeft verzonden. Uw adres, noch het adres van de ontvanger, wordt voor andere doeleinden gebruikt. De informatie die u invoert, verschijnt in uw e-mailbericht en wordt op geen enkele manier door Phys.org bewaard.
Ontvang wekelijkse en/of dagelijkse updates in je inbox. Je kunt je op elk moment afmelden en we zullen je gegevens nooit met derden delen.
Deze site maakt gebruik van cookies om de navigatie te vergemakkelijken, uw gebruik van onze diensten te analyseren en content van derden aan te bieden. Door onze site te gebruiken, bevestigt u dat u ons privacybeleid en onze gebruiksvoorwaarden hebt gelezen en begrepen.
Plaatsingstijd: 07-04-2020