Razvoj kvantnega računalnika, ki lahko reši probleme, ki jih klasični računalniki lahko rešijo le z velikim naporom ali pa sploh ne – to je cilj, ki mu trenutno sledi vedno večje število raziskovalnih skupin po vsem svetu. Razlog: Kvantni učinki, ki izvirajo iz sveta najmanjših delcev in struktur, omogočajo številne nove tehnološke aplikacije. Tako imenovani superprevodniki, ki omogočajo obdelavo informacij in signalov v skladu z zakoni kvantne mehanike, veljajo za obetavne komponente za realizacijo kvantnih računalnikov. Vendar pa je težava superprevodnih nanostruktur ta, da delujejo le pri zelo nizkih temperaturah in jih je zato težko prenesti v praktično uporabo. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Raziskovalci na Univerzi v Münstru in v raziskovalnem centru Jülich so prvič prikazali tako imenovano kvantizacijo energije v nanožicah, izdelanih iz visokotemperaturnih superprevodnikov – torej superprevodnikov, pri katerih je temperatura povišana, pod katero prevladujejo kvantno mehanski učinki. Superprevodna nanožica nato prevzame le izbrana energijska stanja, ki bi jih lahko uporabili za kodiranje informacij. V visokotemperaturnih superprevodnikih so raziskovalci prvič opazovali tudi absorpcijo posameznega fotona, svetlobnega delca, ki služi za prenos informacij.
»Po eni strani lahko naši rezultati prispevajo k uporabi precej poenostavljene tehnologije hlajenja v kvantnih tehnologijah v prihodnosti, po drugi strani pa nam ponujajo povsem nove vpoglede v procese, ki urejajo superprevodna stanja in njihovo dinamiko, ki jih še vedno ne razumemo,« poudarja vodja študije, mlajši prof. Carsten Schuck z Inštituta za fiziko Univerze v Münstru. Rezultati so zato lahko pomembni za razvoj novih vrst računalniške tehnologije. Študija je bila objavljena v reviji Nature Communications.
Znanstveniki so uporabili superprevodnike iz elementov itrija, barija, bakrovega oksida in kisika, na kratko YBCO, iz katerih so izdelali nekaj nanometrskih tankih žic. Ko te strukture prevajajo električni tok, pride do fizikalne dinamike, imenovane "fazni zdrsi". V primeru nanožic YBCO nihanja gostote nosilcev naboja povzročajo spremembe v supertoku. Raziskovalci so raziskovali procese v nanožicah pri temperaturah pod 20 Kelvinov, kar ustreza minus 253 stopinjam Celzija. V kombinaciji z modelnimi izračuni so pokazali kvantizacijo energijskih stanj v nanožicah. Temperatura, pri kateri so žice vstopile v kvantno stanje, je bila od 12 do 13 Kelvinov – temperatura, ki je nekaj stokrat višja od temperature, potrebne za običajno uporabljene materiale. To je znanstvenikom omogočilo izdelavo resonatorjev, tj. nihajnih sistemov, uglašenih na določene frekvence, z veliko daljšo življenjsko dobo in daljšim vzdrževanjem kvantno mehanskih stanj. To je predpogoj za dolgoročni razvoj vedno večjih kvantnih računalnikov.
Nadaljnje pomembne komponente za razvoj kvantnih tehnologij, a potencialno tudi za medicinsko diagnostiko, so detektorji, ki lahko zaznajo celo posamezne fotone. Raziskovalna skupina Carstena Schucka na Univerzi v Münstru že več let dela na razvoju takšnih detektorjev posameznih fotonov na osnovi superprevodnikov. Kar že dobro deluje pri nizkih temperaturah, znanstveniki po vsem svetu že več kot desetletje poskušajo doseči z visokotemperaturnimi superprevodniki. V nanožicah YBCO, uporabljenih za študijo, je ta poskus prvič uspel. »Naše nove ugotovitve utirajo pot novim eksperimentalno preverljivim teoretičnim opisom in tehnološkemu razvoju,« pravi soavtor Martin Wolff iz raziskovalne skupine Schuck.
Lahko ste prepričani, da naši uredniki pozorno spremljajo vse poslane povratne informacije in bodo ustrezno ukrepali. Vaša mnenja so nam pomembna.
Vaš e-poštni naslov se uporablja le za to, da prejemnik ve, kdo je poslal e-pošto. Niti vaš naslov niti naslov prejemnika ne bosta uporabljena za noben drug namen. Podatki, ki jih vnesete, se bodo prikazali v vašem e-poštnem sporočilu in jih Phys.org ne bo hranil v nobeni obliki.
Prejemajte tedenske in/ali dnevne posodobitve v svoj nabiralnik. Od prejemanja obvestil se lahko kadar koli odjavite in vaših podatkov ne bomo nikoli delili s tretjimi osebami.
To spletno mesto uporablja piškotke za pomoč pri navigaciji, analizo vaše uporabe naših storitev in zagotavljanje vsebine tretjih oseb. Z uporabo našega spletnega mesta potrjujete, da ste prebrali in razumeli našo politiko zasebnosti in pogoje uporabe.
Čas objave: 7. april 2020