เทคโนโลยีควอนตัม: ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับกระบวนการตัวนำยิ่งยวด

การพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่สามารถแก้ปัญหาที่คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกแก้ได้ด้วยความพยายามอย่างมากหรือแก้ไม่ได้เลยนั้น คือเป้าหมายที่ทีมวิจัยจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ ทั่วโลกกำลังมุ่งมั่นดำเนินการอยู่ เหตุผลก็คือ ปรากฏการณ์ควอนตัมซึ่งเกิดขึ้นจากโลกของอนุภาคและโครงสร้างที่เล็กที่สุด ช่วยให้เกิดการประยุกต์ใช้ทางเทคโนโลยีใหม่ๆ มากมาย ตัวนำยิ่งยวดซึ่งช่วยให้ประมวลผลข้อมูลและสัญญาณตามกฎของกลศาสตร์ควอนตัม ถือเป็นส่วนประกอบที่มีศักยภาพในการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัม อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดของโครงสร้างนาโนตัวนำยิ่งยวดคือ มันทำงานได้เฉพาะที่อุณหภูมิต่ำมากเท่านั้น จึงทำให้ยากที่จะนำไปใช้งานจริง

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยมุนสเตอร์และศูนย์วิจัยจูลิช ได้แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกถึงสิ่งที่เรียกว่าการควอนตัมพลังงานในนาโนไวร์ที่ทำจากตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง ซึ่งก็คือตัวนำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิสูงกว่าจุดต่ำสุดที่ปรากฏการณ์ทางกลศาสตร์ควอนตัมมีบทบาทสำคัญ ตัวนำยิ่งยวดนาโนไวร์จึงอยู่ในสถานะพลังงานที่เลือกไว้เท่านั้น ซึ่งสามารถนำมาใช้ในการเข้ารหัสข้อมูลได้ นอกจากนี้ ในตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง นักวิจัยยังสามารถสังเกตเห็นการดูดกลืนโฟตอนเดี่ยว ซึ่งเป็นอนุภาคแสงที่ใช้ในการส่งผ่านข้อมูลได้เป็นครั้งแรกอีกด้วย

“ในด้านหนึ่ง ผลลัพธ์ของเราสามารถนำไปสู่การใช้เทคโนโลยีการระบายความร้อนที่ง่ายขึ้นอย่างมากในเทคโนโลยีควอนตัมในอนาคต และในอีกด้านหนึ่ง ผลลัพธ์เหล่านี้ยังให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ทั้งหมดเกี่ยวกับกระบวนการที่ควบคุมสถานะตัวนำยิ่งยวดและพลวัตของมัน ซึ่งยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้” ศาสตราจารย์ คาร์สเตน ชุค หัวหน้าทีมวิจัยจากสถาบันฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยมุนสเตอร์ กล่าวเน้นย้ำ ผลลัพธ์จึงอาจมีความสำคัญต่อการพัฒนาเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ประเภทใหม่ งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications แล้ว

นักวิทยาศาสตร์ใช้ตัวนำยิ่งยวดที่ทำจากธาตุอิตเทรียม แบเรียม คอปเปอร์ออกไซด์ และออกซิเจน หรือ YBCO โดยย่อ ซึ่งพวกเขานำมาสร้างเป็นเส้นลวดบางๆ เพียงไม่กี่นาโนเมตร เมื่อโครงสร้างเหล่านี้นำกระแสไฟฟ้า จะเกิดพลวัตทางกายภาพที่เรียกว่า 'การเลื่อนเฟส' ขึ้น ในกรณีของลวดนาโน YBCO ความผันผวนของความหนาแน่นของตัวนำประจุทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในกระแสยิ่งยวด นักวิจัยได้ตรวจสอบกระบวนการในลวดนาโนที่อุณหภูมิต่ำกว่า 20 เคลวิน ซึ่งตรงกับลบ 253 องศาเซลเซียส เมื่อรวมกับการคำนวณแบบจำลอง พวกเขาได้แสดงให้เห็นถึงการควอนตัมของสถานะพลังงานในลวดนาโน อุณหภูมิที่ลวดเข้าสู่สถานะควอนตัมพบว่าอยู่ที่ 12 ถึง 13 เคลวิน ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่สูงกว่าอุณหภูมิที่จำเป็นสำหรับวัสดุที่ใช้โดยทั่วไปหลายร้อยเท่า สิ่งนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างตัวเรโซเนเตอร์ กล่าวคือ ระบบการสั่นที่ปรับให้เข้ากับความถี่เฉพาะ โดยมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นมาก และรักษาสถานะทางกลศาสตร์ควอนตัมได้นานขึ้น นี่เป็นเงื่อนไขเบื้องต้นสำหรับการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ในระยะยาว

ส่วนประกอบสำคัญอีกประการหนึ่งสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีควอนตัม และอาจรวมถึงการวินิจฉัยทางการแพทย์ด้วย คือ เครื่องตรวจจับที่สามารถบันทึกแม้กระทั่งโฟตอนเดี่ยวได้ กลุ่มวิจัยของ Carsten Schuck ที่มหาวิทยาลัย Münster ได้ทำงานมาหลายปีแล้วในการพัฒนาเครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยวโดยใช้ตัวนำยิ่งยวด สิ่งที่ใช้งานได้ดีอยู่แล้วที่อุณหภูมิต่ำ นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกพยายามที่จะทำให้สำเร็จด้วยตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงมานานกว่าทศวรรษแล้ว ในลวดนาโน YBCO ที่ใช้ในการศึกษาครั้งนี้ ความพยายามดังกล่าวประสบความสำเร็จเป็นครั้งแรก “ผลการค้นพบใหม่ของเราปูทางไปสู่คำอธิบายทางทฤษฎีที่ตรวจสอบได้ด้วยการทดลองและการพัฒนาทางเทคโนโลยีใหม่ๆ” Martin Wolff ผู้ร่วมเขียนจากกลุ่มวิจัยของ Schuck กล่าว

โปรดวางใจได้ว่าบรรณาธิการของเราจะติดตามข้อเสนอแนะทุกข้ออย่างใกล้ชิดและจะดำเนินการตามความเหมาะสม ความคิดเห็นของคุณมีความสำคัญต่อเรา

ที่อยู่อีเมลของคุณจะใช้เพื่อแจ้งให้ผู้รับทราบว่าใครเป็นผู้ส่งอีเมลเท่านั้น ทั้งที่อยู่อีเมลของคุณและของผู้รับจะไม่ถูกนำไปใช้เพื่อวัตถุประสงค์อื่นใด ข้อมูลที่คุณป้อนจะปรากฏในข้อความอีเมลของคุณและ Phys.org จะไม่เก็บรักษาข้อมูลดังกล่าวในรูปแบบใดๆ

รับข่าวสารอัปเดตรายสัปดาห์และ/หรือรายวันส่งตรงถึงกล่องจดหมายของคุณ คุณสามารถยกเลิกการสมัครรับข้อมูลได้ทุกเมื่อ และเราจะไม่เปิดเผยข้อมูลของคุณให้แก่บุคคลที่สาม

เว็บไซต์นี้ใช้คุกกี้เพื่อช่วยในการนำทาง วิเคราะห์การใช้งานบริการของเรา และนำเสนอเนื้อหาจากบุคคลที่สาม การใช้เว็บไซต์ของเราแสดงว่าคุณได้อ่านและเข้าใจนโยบายความเป็นส่วนตัวและข้อกำหนดการใช้งานของเราแล้ว