טכנולוגיות קוונטיות: תובנות חדשות לגבי תהליכי מוליכי-על

פיתוח של מחשב קוונטי שיכול לפתור בעיות, שהמחשבים הקלאסיים יכולים לפתור רק במאמץ רב או בכלל לא — זו המטרה שרודפת כיום אחרי מספר הולך וגדל של צוותי מחקר ברחבי העולם. הסיבה: אפקטים קוונטיים, שמקורם בעולם החלקיקים והמבנים הקטנים ביותר, מאפשרים יישומים טכנולוגיים חדשים רבים. מה שנקרא מוליכים-על, המאפשרים עיבוד מידע ואותות לפי חוקי מכניקת הקוונטים, נחשבים לרכיבים מבטיחים למימוש מחשבי קוונטים. עם זאת, נקודת דביקה של ננו-על מוליכים היא שהם מתפקדים רק בטמפרטורות נמוכות מאוד ולכן קשה להביא אותם ליישומים מעשיים. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2'); });

חוקרים מאוניברסיטת מינסטר ו-Forschungszentrum Jülich הדגימו כעת, לראשונה, את מה שמכונה קוונטיזציה של אנרגיה בננו-חוטים העשויים ממוליכי-על בטמפרטורה גבוהה - כלומר מוליכים-על, שבהם הטמפרטורה מוגבהת מתחת להן שולטות השפעות מכניות קוונטיות. לאחר מכן, הננו-תיל המוליך מניח רק מצבי אנרגיה נבחרים שניתן להשתמש בהם כדי לקודד מידע. במוליכי העל בטמפרטורה גבוהה, הצליחו החוקרים גם לצפות לראשונה בבליעה של פוטון בודד, חלקיק אור המשמש להעברת מידע.

"מצד אחד, התוצאות שלנו יכולות לתרום לשימוש בטכנולוגיית קירור פשוטה משמעותית בטכנולוגיות קוונטיות בעתיד, ומצד שני, הן מציעות לנו תובנות חדשות לחלוטין לגבי התהליכים השולטים במצבי מוליכים-על והדינמיקה שלהם, שעדיין לא מובן", מדגיש מוביל המחקר ג'ון פרופ' קרסטן שאק מהמכון לפיזיקה באוניברסיטת מינסטר. לכן התוצאות עשויות להיות רלוונטיות לפיתוח סוגים חדשים של טכנולוגיית מחשבים. המחקר פורסם בכתב העת Nature Communications.

המדענים השתמשו במוליכי-על העשויים מהיסודות איטריום, בריום, תחמוצת נחושת וחמצן, או בקיצור YBCO, מהם ייצרו חוטים דקים ננומטרים בודדים. כאשר מבנים אלה מוליכים זרם חשמלי מתרחשת דינמיקה פיזיקלית הנקראת 'החלקות פאזה'. במקרה של ננו-חוטי YBCO, תנודות של צפיפות נושא המטען גורמות לשינויים בזרם העל. החוקרים חקרו את התהליכים בננו-חוטים בטמפרטורות מתחת ל-20 קלווין, המקבילות למינוס 253 מעלות צלזיוס. בשילוב עם חישובי מודל, הם הדגימו קוונטיזציה של מצבי אנרגיה בננו-חוטים. הטמפרטורה שבה החוטים נכנסו למצב הקוונטי נמצאה בין 12 ל-13 קלווין - טמפרטורה גבוהה פי כמה מאות מהטמפרטורה הנדרשת לחומרים המשמשים בדרך כלל. זה אפשר למדענים לייצר מהודים, כלומר מערכות מתנודדות המכווננות לתדרים ספציפיים, עם משך חיים ארוך בהרבה ולשמור על המצבים המכאניים הקוונטיים למשך זמן רב יותר. זהו תנאי מוקדם לפיתוח ארוך טווח של מחשבים קוונטיים גדולים מתמיד.

מרכיבים חשובים נוספים לפיתוח טכנולוגיות קוונטיות, אך אולי גם לאבחון רפואי, הם גלאים שיכולים לרשום אפילו פוטונים בודדים. קבוצת המחקר של קרסטן שאק באוניברסיטת מינסטר עובדת כבר כמה שנים על פיתוח גלאי פוטון בודד שכאלה המבוססים על מוליכים. מה שכבר עובד טוב בטמפרטורות נמוכות, מדענים בכל העולם מנסים להשיג עם מוליכים בטמפרטורה גבוהה כבר יותר מעשור. בננו-חוטי YBCO ששימשו למחקר, הניסיון הזה הצליח כעת לראשונה. "הממצאים החדשים שלנו סוללים את הדרך לתיאורים תיאורטיים חדשים הניתנים לאימות ניסוי והתפתחויות טכנולוגיות", אומר מחבר שותף מרטין וולף מקבוצת המחקר Schuck.

אתה יכול להיות סמוך ובטוח שהעורכים שלנו עוקבים מקרוב אחר כל משוב שנשלח ויבצעו פעולות מתאימות. הדעות שלך חשובות לנו.

כתובת הדוא"ל שלך משמשת רק כדי ליידע את הנמען מי שלח את המייל. לא הכתובת שלך ולא כתובת הנמען ישמשו לכל מטרה אחרת. המידע שתזין יופיע בהודעת הדואר האלקטרוני שלך ואינו נשמר על ידי Phys.org בשום צורה.

קבל עדכונים שבועיים ו/או יומיים לתיבת הדואר הנכנס שלך. אתה יכול לבטל את הרישום בכל עת ולעולם לא נשתף את הפרטים שלך לצדדים שלישיים.

אתר זה משתמש בקובצי Cookie כדי לסייע בניווט, לנתח את השימוש שלך בשירותים שלנו ולספק תוכן מצדדים שלישיים. על ידי שימוש באתר שלנו, אתה מאשר שקראת והבנת את מדיניות הפרטיות ותנאי השימוש שלנו.