Разработването на квантов компютър, който може да решава проблеми, които класическите компютри могат да решат само с големи усилия или изобщо не могат да разрешат - това е целта, преследвана в момента от все по-голям брой изследователски екипи по целия свят. Причината: Квантовите ефекти, които произлизат от света на най-малките частици и структури, позволяват много нови технологични приложения. Така наречените свръхпроводници, които позволяват обработка на информация и сигнали според законите на квантовата механика, се считат за обещаващи компоненти за реализиране на квантови компютри. Пречка за свръхпроводящите наноструктури обаче е, че те функционират само при много ниски температури и следователно са трудни за практическо приложение. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2'); });
Изследователи от Университета на Мюнстер и Forschungszentrum Jülich сега за първи път демонстрираха това, което е известно като енергийно квантуване в нанопроводници, направени от високотемпературни свръхпроводници - т.е. свръхпроводници, в които температурата е повишена, под която квантово-механичните ефекти преобладават. След това свръхпроводящата наножица приема само избрани енергийни състояния, които могат да се използват за кодиране на информация. Във високотемпературните свръхпроводници изследователите също успяха да наблюдават за първи път абсорбцията на един фотон, светлинна частица, която служи за предаване на информация.
„От една страна, нашите резултати могат да допринесат за използването на значително опростена технология за охлаждане в квантовите технологии в бъдеще, а от друга страна, те ни предлагат напълно нови прозрения за процесите, управляващи свръхпроводящите състояния и тяхната динамика, които все още са не се разбира“, подчертава ръководителят на изследването проф. Карстен Шук от Института по физика към университета в Мюнстер. Следователно резултатите могат да бъдат от значение за разработването на нови видове компютърни технологии. Изследването е публикувано в списанието Nature Communications.
Учените са използвали свръхпроводници, направени от елементите итрий, барий, меден оксид и кислород, или накратко YBCO, от които са изработили тънки няколко нанометра проводници. Когато тези структури провеждат електрически ток, се получава физическа динамика, наречена „приплъзване на фазите“. В случая на нанопроводниците YBCO, флуктуациите на плътността на носителя на заряд причиняват промени в свръхтока. Изследователите са изследвали процесите в нанопроводниците при температури под 20 Келвина, което съответства на минус 253 градуса по Целзий. В комбинация с моделни изчисления те демонстрираха квантуване на енергийните състояния в нанопроводниците. Установено е, че температурата, при която жиците влизат в квантовото състояние, е от 12 до 13 Келвина - температура няколкостотин пъти по-висока от температурата, необходима за обикновено използваните материали. Това позволи на учените да произведат резонатори, т.е. осцилиращи системи, настроени на специфични честоти, с много по-дълъг живот и да поддържат квантово-механичните състояния за по-дълго време. Това е предпоставка за дългосрочно развитие на все по-големи квантови компютри.
Други важни компоненти за развитието на квантовите технологии, но потенциално и за медицинската диагностика, са детектори, които могат да регистрират дори единични фотони. Изследователската група на Карстен Шук в университета в Мюнстер работи от няколко години върху разработването на такива детектори с един фотон, базирани на свръхпроводници. Това, което вече работи добре при ниски температури, учените от цял свят се опитват да постигнат с високотемпературни свръхпроводници повече от десетилетие. В нанопроводниците YBCO, използвани за изследването, този опит е успешен за първи път. „Нашите нови открития проправят пътя за нови експериментално проверими теоретични описания и технологични разработки“, казва съавторът Мартин Волф от изследователската група Schuck.
Можете да бъдете сигурни, че нашите редактори следят внимателно всяка изпратена обратна връзка и ще предприемат подходящи действия. Вашето мнение е важно за нас.
Вашият имейл адрес се използва само за да уведоми получателя кой е изпратил имейла. Нито вашият адрес, нито адресът на получателя ще бъдат използвани за други цели. Информацията, която въвеждате, ще се появи във вашето имейл съобщение и не се запазва от Phys.org под никаква форма.
Получавайте седмични и/или ежедневни актуализации, доставени във входящата ви поща. Можете да се отпишете по всяко време и ние никога няма да споделяме вашите данни с трети страни.
Този сайт използва бисквитки, за да ви помогне с навигацията, да анализира използването на нашите услуги и да предостави съдържание от трети страни. Използвайки нашия сайт, вие потвърждавате, че сте прочели и разбрали нашата Политика за поверителност и Условия за ползване.
Време на публикуване: 7 април 2020 г