فناوری‌های کوانتومی: بینش‌های جدید در مورد فرآیندهای ابررسانا

توسعه یک کامپیوتر کوانتومی که می‌تواند مشکلات را حل کند، که کامپیوترهای کلاسیک فقط با تلاش زیاد می‌توانند آن‌ها را حل کنند یا اصلاً نمی‌توانند آن‌ها را حل کنند - این هدفی است که در حال حاضر توسط تعداد فزاینده‌ای از تیم‌های تحقیقاتی در سراسر جهان دنبال می‌شود. دلیل: اثرات کوانتومی، که از دنیای کوچک‌ترین ذرات و ساختارها سرچشمه می‌گیرند، بسیاری از کاربردهای فناوری جدید را ممکن می‌سازند. به اصطلاح ابررساناها که امکان پردازش اطلاعات و سیگنال ها را بر اساس قوانین مکانیک کوانتومی فراهم می کنند، اجزای امیدوارکننده ای برای تحقق کامپیوترهای کوانتومی در نظر گرفته می شوند. با این حال، یک نقطه چسبنده نانوساختارهای ابررسانا این است که آنها فقط در دماهای بسیار پایین عمل می کنند و در نتیجه به کارگیری آنها در کاربردهای عملی دشوار است. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2'); });

محققان دانشگاه Münster و Forschungszentrum Jülich اکنون برای اولین بار چیزی را که به عنوان کوانتیزه شدن انرژی در نانوسیم های ساخته شده از ابررساناهای با دمای بالا شناخته می شود، نشان دادند - یعنی ابررساناها، که در آنها درجه حرارت بالا می رود که کمتر از آن اثرات مکانیکی کوانتومی غالب است. سپس نانوسیم ابررسانا تنها حالت‌های انرژی انتخابی را در نظر می‌گیرد که می‌توان از آنها برای رمزگذاری اطلاعات استفاده کرد. در ابررساناهای با دمای بالا، محققان همچنین توانستند برای اولین بار جذب یک فوتون را مشاهده کنند، ذره ای نور که وظیفه انتقال اطلاعات را دارد.

از یک سو، نتایج ما می‌تواند به استفاده از فناوری خنک‌کننده بسیار ساده‌شده در فناوری‌های کوانتومی در آینده کمک کند، و از سوی دیگر، بینش‌های کاملاً جدیدی را در مورد فرآیندهای حاکم بر حالت‌های ابررسانا و دینامیک آن‌ها به ما ارائه می‌دهند، که هنوز هم هستند. پروفسور کارستن شوک از مؤسسه فیزیک دانشگاه مونستر، رهبر مطالعه، تأکید می کند. بنابراین نتایج ممکن است برای توسعه انواع جدیدی از فناوری کامپیوتر مرتبط باشد. این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.

دانشمندان از ابررساناهای ساخته شده از عناصر ایتریوم، باریم، اکسید مس و اکسیژن یا به اختصار YBCO استفاده کردند که از آن چند سیم نازک نانومتری ساختند. هنگامی که این ساختارها جریان الکتریکی را هدایت می کنند، دینامیک فیزیکی به نام "لغزش فاز" رخ می دهد. در مورد نانوسیم های YBCO، نوسانات چگالی حامل بار باعث تغییرات در ابر جریان می شود. محققان فرآیندهای نانوسیم ها را در دمای کمتر از 20 کلوین، که معادل منفی 253 درجه سانتیگراد است، بررسی کردند. در ترکیب با محاسبات مدل، آنها کوانتیزاسیون حالت های انرژی در نانوسیم ها را نشان دادند. دمایی که سیم‌ها در آن وارد حالت کوانتومی شدند، بین ۱۲ تا ۱۳ کلوین یافت شد - دمایی چند صد برابر بیشتر از دمای مورد نیاز برای موادی که معمولاً استفاده می‌شوند. این دانشمندان را قادر ساخت تا تشدیدگرها، یعنی سیستم‌های نوسانی تنظیم‌شده با فرکانس‌های خاص، با طول عمر بسیار طولانی‌تر تولید کنند و حالت‌های مکانیکی کوانتومی را برای مدت طولانی‌تری حفظ کنند. این یک پیش نیاز برای توسعه طولانی مدت کامپیوترهای کوانتومی بزرگتر است.

اجزای مهم دیگر برای توسعه فناوری های کوانتومی، اما به طور بالقوه برای تشخیص پزشکی، آشکارسازهایی هستند که می توانند حتی تک فوتون ها را ثبت کنند. گروه تحقیقاتی کارستن شوک در دانشگاه مونستر چندین سال است که روی توسعه چنین آشکارسازهای تک فوتونی مبتنی بر ابررساناها کار کرده است. چیزی که قبلاً در دماهای پایین به خوبی کار می کند، دانشمندان در سراسر جهان بیش از یک دهه است که در تلاش برای دستیابی به ابررساناهای با دمای بالا هستند. در نانوسیم های YBCO مورد استفاده برای مطالعه، این تلاش اکنون برای اولین بار موفق بوده است. مارتین وولف، یکی از نویسندگان گروه تحقیقاتی شوک، می‌گوید: «یافته‌های جدید ما راه را برای توصیف‌های نظری و پیشرفت‌های فن‌آوری آزمایش‌پذیر جدید هموار می‌کند.

می توانید مطمئن باشید که ویراستاران ما به دقت بر هر بازخورد ارسالی نظارت می کنند و اقدامات لازم را انجام خواهند داد. نظرات شما برای ما مهم است.

آدرس ایمیل شما فقط برای اطلاع دادن به گیرنده ایمیل استفاده می شود. نه از آدرس شما و نه آدرس گیرنده برای هدف دیگری استفاده نخواهد شد. اطلاعاتی که وارد می کنید در پیام ایمیل شما ظاهر می شود و به هیچ شکلی توسط Phys.org نگهداری نمی شود.

به روز رسانی های هفتگی و/یا روزانه را به صندوق ورودی خود دریافت کنید. هر زمان که بخواهید می توانید اشتراک خود را لغو کنید و ما هرگز اطلاعات شما را در اختیار اشخاص ثالث قرار نمی دهیم.

این سایت از کوکی ها برای کمک به ناوبری، تجزیه و تحلیل استفاده شما از خدمات ما و ارائه محتوا از اشخاص ثالث استفاده می کند. با استفاده از سایت ما، شما تصدیق می کنید که خط مشی رازداری و شرایط استفاده ما را مطالعه کرده و درک کرده اید.