Stworzenie komputera kwantowego, który mógłby rozwiązywać problemy, z którymi komputery klasyczne radzą sobie jedynie z dużym wysiłkiem lub wcale – to cel, do którego dąży obecnie coraz większa liczba zespołów badawczych na całym świecie. Powód: Efekty kwantowe, wywodzące się ze świata najmniejszych cząstek i struktur, umożliwiają wiele nowych zastosowań technologicznych. Tak zwane nadprzewodniki, które pozwalają na 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 wdrożyć w praktyce. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Naukowcy z Uniwersytetu w Münster i Centrum Badawczego w Jülich po raz pierwszy zademonstrowali zjawisko znane jako kwantyzacja energii w nanodrutach wykonanych z nadprzewodników wysokotemperaturowych – czyli nadprzewodników, w których temperatura jest podwyższona, poniżej której dominują efekty mechaniki kwantowej. Nadprzewodzący nanodrut przyjmuje wówczas tylko wybrane stany energetyczne, które mogą zostać wykorzystane do zakodowania informacji. W nadprzewodnikach wysokotemperaturowych badacze byli również w stanie po raz pierwszy zaobserwować absorpcję pojedynczego fotonu, cząstki światła służącej 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 poznane” – podkreśla kierownik badań, prof. dr hab. Carsten Schuck z Instytutu Fizyki Uniwersytetu w Münster. Wyniki mogą zatem mieć znaczenie dla rozwoju nowych rodzajów 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 wytworzyli druty o grubości kilku nanometrów. Gdy te struktury przewodzą prąd elektryczny, występuje dynamika fizyczna zwana „poślizgami fazowymi”. W przypadku nanodrutów YBCO fluktuacje gęstości nośników ładunku powodują zmiany nadprądu. 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. Temperatura, w której druty weszły w stan kwantowy, wynosiła od 12 do 13 kelwinów — była to temperatura kilkaset razy wyższa niż temperatura wymagana dla materiałów zwykle stosowanych. Umożliwiło to naukowcom wytworzenie rezonatorów, tj. układów oscylacyjnych dostrojonych do określonych częstotliwości, o znacznie dłuższym czasie życia i utrzymujących stany mechaniki kwantowej przez dłuższy czas. Jest to warunek konieczny dla długoterminowego rozwoju coraz większych komputerów kwantowych.
Kolejnym ważnym elementem rozwoju technologii kwantowych, a potencjalnie również diagnostyki medycznej, są detektory rejestrujące nawet pojedyncze fotony. Grupa badawcza Carstena Schucka z Uniwersytetu w Münsterze od kilku lat pracuje nad opracowaniem takich detektorów pojedynczych fotonów opartych na nadprzewodnikach. To, co już dobrze sprawdza się w niskich temperaturach, naukowcy na całym świecie próbują osiągnąć za pomocą nadprzewodników wysokotemperaturowych od ponad dekady. W przypadku nanodrutów YBCO wykorzystanych w badaniu, próba ta po raz pierwszy zakończyła się sukcesem. „Nasze nowe odkrycia torują drogę do nowych, weryfikowalnych eksperymentalnie opisów teoretycznych i rozwoju technologicznego” – mówi współautor Martin Wolff z grupy badawczej Schucka.
Możesz być pewien, że nasi redaktorzy uważnie monitorują każdą przesłaną opinię i podejmują odpowiednie działania. Twoja opinia jest dla nas ważna.
Twój adres e-mail służy wyłącznie do poinformowania odbiorcy o nadawcy wiadomości. Ani Twój adres, ani adres odbiorcy nie będą wykorzystywane do żadnych innych celów. Podane przez Ciebie informacje pojawią się w Twojej wiadomości e-mail i nie są w żadnej formie przechowywane przez Phys.org.
Otrzymuj cotygodniowe i/lub codzienne aktualizacje prosto do swojej skrzynki odbiorczej. Możesz zrezygnować z subskrypcji w dowolnym momencie, a my nigdy nie udostępnimy Twoich danych osobom trzecim.
Ta strona korzysta z plików cookie, aby ułatwić nawigację, analizować sposób korzystania z naszych usług i udostępniać treści pochodzące od stron trzecich. Korzystając z naszej strony, potwierdzasz, że zapoznałeś się z naszą Polityką Prywatności i Warunkami Korzystania i je rozumiesz.
Czas publikacji: 07-04-2020