古典的なコンピュータでは多大な努力をしないと解決できない問題、またはまったく解決できない問題を解決できる量子コンピュータの開発。これは現在、世界中で増え続ける研究チームによって追求されている目標です。理由: 最小の粒子と構造の世界に由来する量子効果は、多くの新しい技術応用を可能にします。量子力学の法則に従って情報や信号を処理できる、いわゆる超伝導体は、量子コンピューターを実現するための有望な部品と考えられています。しかし、超電導ナノ構造の問題点は、超電導ナノ構造が非常に低温でしか機能しないため、実用化が難しいことです。 googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2'); });
ミュンスター大学とユーリヒ教育センターの研究者らは、高温超伝導体、つまり量子力学的効果が優勢となる温度よりも高い超伝導体で作られたナノワイヤーにおけるエネルギー量子化として知られる現象を初めて実証した。超伝導ナノワイヤは、情報をエンコードするために使用できる選択されたエネルギー状態のみを想定します。研究者らは、高温超伝導体において、情報を伝達する役割を果たす光の粒子である単一光子の吸収を初めて観察することにも成功した。
「一方で、私たちの結果は、将来の量子技術における大幅に簡素化された冷却技術の使用に貢献する可能性があり、他方では、超伝導状態を支配するプロセスとそのダイナミクスについてのまったく新しい洞察を提供します。理解されていません」と研究リーダーであるミュンスター大学物理研究所のカールステン・シュック准教授は強調する。したがって、結果は新しいタイプのコンピュータ技術の開発に関連する可能性があります。この研究はNature Communications誌に掲載された。
科学者らは、イットリウム、バリウム、酸化銅、酸素元素（略してYBCO）でできた超伝導体を使用し、そこから数ナノメートルの細いワイヤーを製造した。これらの構造が電流を流すと、「位相スリップ」と呼ばれる物理的力学が発生します。 YBCO ナノワイヤの場合、電荷キャリア密度の変動により超電流の変動が生じます。研究者らは、摂氏マイナス253度に相当する20ケルビン以下の温度でナノワイヤ内のプロセスを調査した。彼らはモデル計算と組み合わせて、ナノワイヤ内のエネルギー状態の量子化を実証した。ワイヤが量子状態に入る温度は 12 ～ 13 ケルビンであることが判明しました。これは、通常使用される材料に必要な温度の数百倍高い温度です。これにより、科学者らは、より長い寿命を持つ共振器、つまり特定の周波数に調整された発振システムを製造し、量子力学的状態をより長く維持できるようになりました。これは、より大型の量子コンピューターを長期的に開発するための前提条件です。
量子技術の開発にとってさらに重要なコンポーネントですが、医療診断にとっても重要なコンポーネントは、単一光子さえも記録できる検出器です。ミュンスター大学のカールステン・シュック氏の研究グループは、超伝導体に基づくこのような単一光子検出器の開発に数年間取り組んできた。低温ではすでにうまく機能していることを、世界中の科学者が高温超伝導体で達成しようと10年以上にわたって努力してきました。研究に使用された YBCO ナノワイヤでは、この試みが初めて成功しました。 「私たちの新たな発見は、実験的に検証可能な新たな理論的記述と技術開発への道を切り開きます」と共著者であるシュック研究グループのマーティン・ウルフ氏は述べています。
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投稿時間: 2020 年 4 月 7 日