Розробка квантового комп'ютера, здатного вирішувати проблеми, які класичні комп'ютери можуть вирішити лише з великими зусиллями або взагалі не можуть вирішити, — це мета, до якої зараз прагне дедалі більша кількість дослідницьких груп у всьому світі. Причина: квантові ефекти, що виникають у світі найменших частинок і структур, відкривають можливості для багатьох нових технологічних застосувань. Так звані надпровідники, які дозволяють обробляти інформацію та сигнали відповідно до законів квантової механіки, вважаються перспективними компонентами для реалізації квантових комп'ютерів. Однак каменем спотикання надпровідних наноструктур є те, що вони функціонують лише за дуже низьких температур і тому їх важко втілити в практичне застосування. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Дослідники з Мюнстерського університету та Дослідницького центру Юліха вперше продемонстрували так зване квантування енергії в нанодротах, виготовлених з високотемпературних надпровідників, тобто надпровідників, у яких температура підвищується до рівня, нижче якого переважають квантово-механічні ефекти. Надпровідний нанодрот тоді приймає лише вибрані енергетичні стани, які можна використовувати для кодування інформації. У високотемпературних надпровідниках дослідники також вперше змогли спостерігати поглинання одного фотона – світлової частинки, яка служить для передачі інформації.
«З одного боку, наші результати можуть сприяти використанню значно спрощеної технології охолодження в квантових технологіях у майбутньому, а з іншого боку, вони пропонують нам абсолютно нове розуміння процесів, що керують надпровідними станами та їхньою динамікою, які досі не зрозумілі», – наголошує керівник дослідження, молодший професор Карстен Шук з Інституту фізики Мюнстерського університету. Тому результати можуть бути актуальними для розробки нових типів комп’ютерних технологій. Дослідження було опубліковано в журналі Nature Communications.
Вчені використовували надпровідники, виготовлені з елементів ітрію, барію, оксиду міді та кисню, або скорочено YBCO, з яких вони виготовили дроти довжиною кілька нанометрів. Коли ці структури проводять електричний струм, виникають фізичні динамічні процеси, які називаються «фазовими ковзаннями». У випадку нанодротів YBCO коливання щільності носіїв заряду викликають зміни надструму. Дослідники досліджували процеси в нанодротах за температур нижче 20 Кельвінів, що відповідає мінус 253 градусам Цельсія. У поєднанні з модельними розрахунками вони продемонстрували квантування енергетичних станів у нанодротах. Температура, за якої дроти переходили в квантовий стан, становила від 12 до 13 Кельвінів — температура, у кілька сотень разів вища за температуру, необхідну для матеріалів, що зазвичай використовуються. Це дозволило вченим створювати резонатори, тобто коливальні системи, налаштовані на певні частоти, зі значно довшим терміном служби та довше підтримувати квантово-механічні стани. Це є необхідною умовою для довгострокової розробки дедалі більших квантових комп'ютерів.
Подальшими важливими компонентами для розвитку квантових технологій, а також потенційно для медичної діагностики, є детектори, які можуть реєструвати навіть окремі фотони. Дослідницька група Карстена Шука в Мюнстерському університеті вже кілька років працює над розробкою таких однофотонних детекторів на основі надпровідників. Те, що вже добре працює за низьких температур, вчені всього світу намагаються досягти за допомогою високотемпературних надпровідників вже понад десять років. У нанодротах YBCO, використаних для дослідження, ця спроба вперше увінчалася успіхом. «Наші нові результати прокладають шлях для нових експериментально перевірених теоретичних описів та технологічних розробок», — каже співавтор Мартін Вольф з дослідницької групи Шука.
Ви можете бути певні, що наші редактори уважно стежать за кожним надісланим відгуком і вживатимуть відповідних заходів. Ваша думка важлива для нас.
Ваша адреса електронної пошти використовується лише для того, щоб повідомити одержувачу, хто надіслав електронний лист. Ні ваша адреса, ні адреса одержувача не використовуватимуться для жодної іншої мети. Введена вами інформація відображатиметься у вашому електронному повідомленні та не зберігатиметься Phys.org у жодній формі.
Отримуйте щотижневі та/або щоденні оновлення на вашу поштову скриньку. Ви можете відмовитися від підписки будь-коли, і ми ніколи не передамо ваші дані третім особам.
Цей сайт використовує файли cookie для покращення навігації, аналізу використання вами наших послуг та надання контенту від третіх сторін. Використовуючи наш сайт, ви підтверджуєте, що прочитали та зрозуміли нашу Політику конфіденційності та Умови використання.
Час публікації: 07 квітня 2020 р.