Utvecklingen av en kvantdator som kan lösa problem som klassiska datorer bara kan lösa med stor ansträngning eller inte alls – detta är målet som för närvarande strävas efter av ett ständigt växande antal forskargrupper världen över. Anledningen: Kvanteffekter, som härstammar från de minsta partiklarnas och strukturernas värld, möjliggör många nya tekniska tillämpningar. Så kallade supraledare, som möjliggör bearbetning av information och signaler enligt kvantmekanikens lagar, anses vara lovande komponenter för att förverkliga kvantdatorer. En nackdel med supraledande nanostrukturer är dock att de bara fungerar vid mycket låga temperaturer och därför är svåra att omsätta i praktiska tillämpningar. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2'); });
Forskare vid universitetet i Münster och Forschungszentrum Jülich har nu för första gången demonstrerat det som kallas energikvantisering i nanotrådar gjorda av högtemperatursupraledare – det vill säga supraledare, där temperaturen är förhöjd under vilken kvantmekaniska effekter dominerar. Den supraledande nanotråden antar då endast utvalda energitillstånd som skulle kunna användas för att koda information. I högtemperatursupraledarna kunde forskarna också för första gången observera absorptionen av en enda foton, en ljuspartikel som tjänar till att överföra information.
”Å ena sidan kan våra resultat bidra till användningen av avsevärt förenklad kylteknik inom kvantteknologier i framtiden, och å andra sidan ger de oss helt nya insikter i de processer som styr supraledande tillstånd och deras dynamik, vilka fortfarande inte är förstådda”, betonar studieledaren juniprofessor Carsten Schuck från Institut für Fysik vid Münster universitet. Resultaten kan därför vara relevanta för utvecklingen av nya typer av datorteknik. Studien har publicerats i tidskriften Nature Communications.
Forskarna använde supraledare gjorda av grundämnena yttrium, barium, kopparoxid och syre, eller YBCO förkortat, från vilka de tillverkade några nanometertunna trådar. När dessa strukturer leder elektrisk ström uppstår fysikalisk dynamik som kallas "fasglidningar". När det gäller YBCO-nanotrådar orsakar fluktuationer i laddningsbärartätheten variationer i superströmmen. Forskarna undersökte processerna i nanotrådarna vid temperaturer under 20 Kelvin, vilket motsvarar minus 253 grader Celsius. I kombination med modellberäkningar demonstrerade de en kvantisering av energitillstånd i nanotrådarna. Temperaturen vid vilken trådarna gick in i kvanttillståndet befanns vara 12 till 13 Kelvin – en temperatur flera hundra gånger högre än den temperatur som krävs för de material som normalt används. Detta gjorde det möjligt för forskarna att producera resonatorer, dvs. oscillerande system inställda på specifika frekvenser, med mycket längre livslängder och för att bibehålla de kvantmekaniska tillstånden längre. Detta är en förutsättning för den långsiktiga utvecklingen av allt större kvantdatorer.
Ytterligare viktiga komponenter för utvecklingen av kvantteknologier, men potentiellt även för medicinsk diagnostik, är detektorer som kan registrera även enstaka fotoner. Carsten Schucks forskargrupp vid Münster universitet har i flera år arbetat med att utveckla sådana enstaka fotondetektorer baserade på supraledare. Det som redan fungerar bra vid låga temperaturer har forskare över hela världen försökt uppnå med högtemperatursupraledare i mer än ett decennium. I de YBCO-nanotrådar som användes för studien har detta försök nu lyckats för första gången. "Våra nya fynd banar väg för nya experimentellt verifierbara teoretiska beskrivningar och tekniska utvecklingar", säger medförfattaren Martin Wolff från Schuck-forskargruppen.
Du kan vara säker på att våra redaktörer noggrant övervakar all feedback som skickas och kommer att vidta lämpliga åtgärder. Dina åsikter är viktiga för oss.
Din e-postadress används endast för att informera mottagaren om vem som skickade e-postmeddelandet. Varken din adress eller mottagarens adress kommer att användas för något annat ändamål. Informationen du anger kommer att visas i ditt e-postmeddelande och lagras inte av Phys.org i någon form.
Få veckovisa och/eller dagliga uppdateringar levererade till din inkorg. Du kan avsluta prenumerationen när som helst och vi kommer aldrig att dela dina uppgifter med tredje part.
Den här webbplatsen använder cookies för att underlätta navigering, analysera din användning av våra tjänster och tillhandahålla innehåll från tredje part. Genom att använda vår webbplats bekräftar du att du har läst och förstått vår integritetspolicy och våra användarvillkor.
Publiceringstid: 7 april 2020