Udviklingen af en kvantecomputer, der kan løse problemer, som klassiske computere kun kan løse med stor indsats eller slet ikke - det er det mål, der i øjeblikket forfølges af et stadigt voksende antal forskerhold verden over. Årsagen: Kvanteeffekter, som stammer fra verden af de mindste partikler og strukturer, muliggør mange nye teknologiske anvendelser. Såkaldte superledere, som giver mulighed for at behandle information og signaler i henhold til kvantemekanikkens love, anses for at være lovende komponenter til realisering af kvantecomputere. Et knækpunkt ved superledende nanostrukturer er dog, at de kun fungerer ved meget lave temperaturer og derfor er svære at bringe i praktisk anvendelse. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Forskere ved universitetet i Münster og Forschungszentrum Jülich demonstrerede nu for første gang, hvad der er kendt som energikvantisering i nanotråde lavet af højtemperatur-superledere – altså superledere, hvor temperaturen er forhøjet, hvorunder kvantemekaniske effekter dominerer. Den superledende nanotråd antager så kun udvalgte energitilstande, der kunne bruges til at kode information. I højtemperatur-superlederne var forskerne også i stand til for første gang at observere absorptionen af en enkelt foton, en lyspartikel, der tjener til at transmittere information.
”På den ene side kan vores resultater bidrage til brugen af betydeligt forenklet køleteknologi i kvanteteknologier i fremtiden, og på den anden side giver de os helt ny indsigt i de processer, der styrer superledende tilstande og deres dynamik, som stadig er ikke forstået,” understreger studieleder jun. Prof. Carsten Schuck fra Institut for Fysik ved Münster Universitet. Resultaterne kan derfor være relevante for udviklingen af nye typer computerteknologi. Undersøgelsen er publiceret i tidsskriftet Nature Communications.
Forskerne brugte superledere lavet af grundstofferne yttrium, barium, kobberoxid og oxygen, eller kort sagt YBCO, hvorfra de fremstillede nogle få nanometer tynde ledninger. Når disse strukturer leder elektrisk strøm opstår der fysisk dynamik kaldet 'faseglidninger'. I tilfælde af YBCO nanotråde forårsager fluktuationer i ladningsbærerens tæthed variationer i superstrømmen. Forskerne undersøgte processerne i nanotrådene ved temperaturer under 20 Kelvin, hvilket svarer til minus 253 grader Celsius. I kombination med modelberegninger demonstrerede de en kvantisering af energitilstande i nanotrådene. Temperaturen, ved hvilken ledningerne kom ind i kvantetilstanden, blev fundet ved 12 til 13 Kelvin - en temperatur flere hundrede gange højere end den temperatur, der kræves for de materialer, der normalt anvendes. Dette gjorde det muligt for forskerne at producere resonatorer, dvs. oscillerende systemer indstillet til specifikke frekvenser, med meget længere levetid og til at opretholde de kvantemekaniske tilstande i længere tid. Det er en forudsætning for den langsigtede udvikling af stadig større kvantecomputere.
Yderligere vigtige komponenter til udvikling af kvanteteknologier, men potentielt også til medicinsk diagnostik, er detektorer, der kan registrere selv enkeltfotoner. Carsten Schucks forskergruppe ved Münster Universitet har i flere år arbejdet på at udvikle sådanne enkeltfoton-detektorer baseret på superledere. Hvad der allerede fungerer godt ved lave temperaturer, har forskere over hele verden forsøgt at opnå med højtemperatur-superledere i mere end et årti. I de YBCO nanotråde, der blev brugt til undersøgelsen, er dette forsøg nu lykkedes for første gang. "Vores nye resultater baner vejen for nye eksperimentelt verificerbare teoretiske beskrivelser og teknologiske udviklinger," siger medforfatter Martin Wolff fra Schuck-forskningsgruppen.
Du kan være sikker på, at vores redaktører nøje overvåger al feedback, der sendes, og vil træffe passende foranstaltninger. Dine meninger er vigtige for os.
Din e-mailadresse bruges kun til at fortælle modtageren, hvem der har sendt e-mailen. Hverken din adresse eller modtagerens adresse vil blive brugt til andre formål. De oplysninger, du indtaster, vises i din e-mail og opbevares ikke af Phys.org i nogen form.
Få ugentlige og/eller daglige opdateringer leveret til din indbakke. Du kan til enhver tid afmelde dig, og vi deler aldrig dine oplysninger med tredjeparter.
Dette websted bruger cookies til at hjælpe med navigation, analysere din brug af vores tjenester og levere indhold fra tredjeparter. Ved at bruge vores side anerkender du, at du har læst og forstået vores privatlivspolitik og vilkår for brug.
Indlægstid: 07-04-2020