Utviklingen av en kvantedatamaskin som kan løse problemer som klassiske datamaskiner bare kan løse med stor innsats eller ikke i det hele tatt – dette er målet som for tiden forfølges av et stadig økende antall forskerteam over hele verden. Årsaken: Kvanteeffekter, som stammer fra de minste partiklenes og strukturenes verden, muliggjør mange nye teknologiske anvendelser. Såkalte superledere, som tillater behandling av informasjon og signaler i henhold til kvantemekanikkens lover, regnes som lovende komponenter for å realisere kvantedatamaskiner. Et problem med superledende nanostrukturer er imidlertid at de bare fungerer ved svært lave temperaturer og derfor er vanskelige å bringe inn i praktiske anvendelser. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2'); });
Forskere ved Universitetet i Münster og Forschungszentrum Jülich demonstrerte nå for første gang det som kalles energikvantisering i nanotråder laget av høytemperatur-superledere – dvs. superledere, der temperaturen er hevet under hvilken kvantemekaniske effekter dominerer. Den superledende nanotråden antar da bare utvalgte energitilstander som kan brukes til å kode informasjon. I høytemperatur-superlederne kunne forskerne også for første gang observere absorpsjonen av et enkelt foton, en lyspartikkel som tjener til å overføre informasjon.
«På den ene siden kan resultatene våre bidra til bruk av betydelig forenklet kjøleteknologi i kvanteteknologier i fremtiden, og på den andre siden gir de oss helt ny innsikt i prosessene som styrer superledende tilstander og deres dynamikk, som fortsatt ikke er forstått», understreker studieleder juniorprofessor Carsten Schuck fra Institutt for fysikk ved Münster Universitet. Resultatene kan derfor være relevante for utviklingen av nye typer datateknologi. Studien er publisert i tidsskriftet Nature Communications.
Forskerne brukte superledere laget av grunnstoffene yttrium, barium, kobberoksid og oksygen, eller YBCO forkortet, som de laget noen få nanometertynne tråder av. Når disse strukturene leder elektrisk strøm, oppstår det fysisk dynamikk kalt «faseglidninger». Når det gjelder YBCO-nanotråder, forårsaker svingninger i ladningsbærertettheten variasjoner i superstrømmen. Forskerne undersøkte prosessene i nanotrådene ved temperaturer under 20 Kelvin, som tilsvarer minus 253 grader Celsius. I kombinasjon med modellberegninger demonstrerte de en kvantisering av energitilstander i nanotrådene. Temperaturen der trådene gikk inn i kvantetilstanden ble funnet å være 12 til 13 Kelvin – en temperatur flere hundre ganger høyere enn temperaturen som kreves for materialene som vanligvis brukes. Dette gjorde det mulig for forskerne å produsere resonatorer, dvs. oscillerende systemer innstilt på spesifikke frekvenser, med mye lengre levetid og for å opprettholde de kvantemekaniske tilstandene lenger. Dette er en forutsetning for den langsiktige utviklingen av stadig større kvantedatamaskiner.
Ytterligere viktige komponenter for utviklingen av kvanteteknologier, men potensielt også for medisinsk diagnostikk, er detektorer som kan registrere selv enkeltfotoner. Carsten Schucks forskningsgruppe ved Universitetet i Münster har jobbet i flere år med å utvikle slike enkeltfotondetektorer basert på superledere. Det som allerede fungerer bra ved lave temperaturer, har forskere over hele verden forsøkt å oppnå med høytemperatur-superledere i over et tiår. I YBCO-nanotrådene som ble brukt i studien, har dette forsøket nå lyktes for første gang. «Våre nye funn baner vei for nye eksperimentelt verifiserbare teoretiske beskrivelser og teknologisk utvikling», sier medforfatter Martin Wolff fra Schuck-forskningsgruppen.
Du kan være trygg på at redaktørene våre følger nøye med på alle tilbakemeldinger som sendes inn, og vil iverksette nødvendige tiltak. Dine meninger er viktige for oss.
E-postadressen din brukes kun til å gi mottakeren beskjed om hvem som sendte e-posten. Verken din adresse eller mottakerens adresse vil bli brukt til noe annet formål. Informasjonen du oppgir vil vises i e-postmeldingen din og lagres ikke av Phys.org i noen form.
Få ukentlige og/eller daglige oppdateringer levert til innboksen din. Du kan når som helst melde deg av, og vi vil aldri dele opplysningene dine med tredjeparter.
Dette nettstedet bruker informasjonskapsler for å hjelpe deg med navigering, analysere bruken din av tjenestene våre og levere innhold fra tredjeparter. Ved å bruke nettstedet vårt, godtar du at du har lest og forstått vår personvernerklæring og våre bruksvilkår.
Publisert: 07.04.2020