Rozwój komputera kwantowego, który może rozwiązywać problemy, które klasyczne komputery mogą rozwiązać tylko z dużym wysiłkiem lub wcale — to cel, do którego dąży obecnie coraz większa liczba zespołów badawczych na całym świecie. Powód: Efekty kwantowe, które pochodzą ze świata najmniejszych cząstek i struktur, umożliwiają wiele nowych zastosowań technologicznych. Tak zwane nadprzewodniki, które umożliwiają przetwarzanie informacji i sygnałów zgodnie z prawami mechaniki kwantowej, są uważane za obiecujące komponenty do realizacji komputerów kwantowych. Problemem nadprzewodzących nanostruktur jest jednak to, że działają one tylko w bardzo niskich temperaturach i dlatego trudno je wprowadzić do praktycznych zastosowań. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Naukowcy z Uniwersytetu w Münster i Forschungszentrum Jülich po raz pierwszy zademonstrowali to, co jest znane jako kwantyzacja energii w nanodrutach wykonanych z nadprzewodników wysokotemperaturowych — tj. nadprzewodników, w których temperatura jest podwyższona, poniżej której dominują efekty mechaniki kwantowej. Nadprzewodzący nanodrut przyjmuje wówczas tylko wybrane stany energetyczne, które mogą być wykorzystane do kodowania informacji. W nadprzewodnikach wysokotemperaturowych naukowcy byli również w stanie po raz pierwszy zaobserwować absorpcję pojedynczego fotonu, cząstki światła, która służy do przesyłania informacji.
„Z jednej strony nasze wyniki mogą przyczynić się do wykorzystania znacznie uproszczonej technologii chłodzenia w technologiach kwantowych w przyszłości, a z drugiej strony oferują nam zupełnie nowe spojrzenie na procesy rządzące stanami nadprzewodzącymi i ich dynamiką, które wciąż nie są zrozumiane” – podkreśla kierownik badań Jun. Prof. Carsten Schuck z Instytutu Fizyki Uniwersytetu w Münster. Wyniki mogą być zatem istotne dla rozwoju nowych typów technologii komputerowych. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Nature Communications.
Naukowcy wykorzystali nadprzewodniki wykonane z pierwiastków itru, baru, tlenku miedzi i tlenu, w skrócie YBCO, z których wykonali kilka nanometrowych cienkich drutów. Gdy te struktury przewodzą prąd elektryczny, występuje dynamika fizyczna zwana „poślizgiem fazowym”. W przypadku nanodrutów YBCO fluktuacje gęstości nośników ładunku powodują zmiany w nadprądzie. Naukowcy zbadali procesy w nanodrutach w temperaturach poniżej 20 kelwinów, co odpowiada minus 253 stopniom Celsjusza. W połączeniu z obliczeniami modelowymi zademonstrowali kwantyzację stanów energetycznych w nanodrutach. Temperaturę, w której druty wchodziły w stan kwantowy, ustalono na 12 do 13 kelwinów — temperaturę kilkaset razy wyższą niż temperatura wymagana dla materiałów zwykle stosowanych. Umożliwiło to naukowcom wyprodukowanie rezonatorów, tj. oscylujących układów dostrojonych do określonych częstotliwości, o znacznie dłuższym czasie życia i utrzymywanie stanów mechaniki kwantowej przez dłuższy czas. Jest to warunek konieczny dla długoterminowego rozwoju coraz większych komputerów kwantowych.
Kolejnymi ważnymi komponentami dla rozwoju technologii kwantowych, ale potencjalnie również dla diagnostyki medycznej, są detektory, które mogą rejestrować nawet pojedyncze fotony. Grupa badawcza Carstena Schucka na Uniwersytecie w Münster od kilku lat pracuje nad opracowaniem takich detektorów pojedynczych fotonów opartych na nadprzewodnikach. To, co już dobrze działa w niskich temperaturach, naukowcy na całym świecie próbują osiągnąć za pomocą nadprzewodników wysokotemperaturowych od ponad dekady. W nanodrutach YBCO użytych do badania próba ta po raz pierwszy się powiodła. „Nasze nowe odkrycia otwierają drogę do nowych, eksperymentalnie weryfikowalnych opisów teoretycznych i rozwoju technologicznego” — mówi współautor Martin Wolff z grupy badawczej Schucka.
Możesz być pewien, że nasi redaktorzy ściśle monitorują każdą przesłaną opinię i podejmą odpowiednie działania. Twoje opinie są dla nas ważne.
Twój adres e-mail jest używany tylko po to, aby poinformować odbiorcę, kto wysłał wiadomość e-mail. Ani Twój adres, ani adres odbiorcy nie będą używane w żadnym innym celu. Informacje, które wprowadzisz, pojawią się w Twojej wiadomości e-mail i nie są przechowywane przez Phys.org w żadnej formie.
Otrzymuj cotygodniowe i/lub codzienne aktualizacje dostarczane do Twojej skrzynki odbiorczej. Możesz zrezygnować z subskrypcji w dowolnym momencie, a my nigdy nie udostępnimy Twoich danych osobom trzecim.
Ta strona używa plików cookie, aby pomóc w nawigacji, analizować korzystanie z naszych usług i dostarczać treści od stron trzecich. Korzystając z naszej strony, potwierdzasz, że przeczytałeś i rozumiesz naszą Politykę prywatności i Warunki korzystania.
Czas publikacji: 07-kwi-2020