კვანტური ტექნოლოგიები: ახალი შეხედულებები სუპერგამტარ პროცესებზე

კვანტური კომპიუტერის შემუშავება, რომელსაც შეუძლია პრობლემების გადაჭრა, რომელთა გადაჭრაც კლასიკურ კომპიუტერებს შეუძლიათ მხოლოდ დიდი ძალისხმევით ან საერთოდ არ მოგვარდეს - ეს არის მიზანი, რომელსაც ამჟამად ახორციელებს კვლევითი გუნდების მზარდი რაოდენობა მსოფლიოში. მიზეზი: კვანტური ეფექტები, რომლებიც წარმოიშვა უმცირესი ნაწილაკებისა და სტრუქტურების სამყაროდან, იძლევა მრავალი ახალი ტექნოლოგიური აპლიკაციის საშუალებას. ეგრეთ წოდებული ზეგამტარები, რომლებიც ინფორმაციისა და სიგნალების დამუშავების საშუალებას იძლევა კვანტური მექანიკის კანონების მიხედვით, პერსპექტიულ კომპონენტებად ითვლება კვანტური კომპიუტერების რეალიზებისთვის. ზეგამტარი ნანოსტრუქტურების დამაკავშირებელი წერტილი არის ის, რომ ისინი ფუნქციონირებენ მხოლოდ ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე და, შესაბამისად, ძნელია მათი პრაქტიკული გამოყენება. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2'); });

მიუნსტერის უნივერსიტეტისა და Forschungszentrum Jülich-ის მკვლევარებმა ახლა პირველად აჩვენეს ის, რაც ცნობილია, როგორც ენერგიის კვანტიზაცია მაღალი ტემპერატურის ზეგამტარებისგან შექმნილ ნანომავთულებში, ანუ ზეგამტარებისგან, რომლებშიც ტემპერატურა ამაღლებულია და ქვემოთ ჭარბობს კვანტური მექანიკური ეფექტები. სუპერგამტარი ნანომავთული მაშინ იღებს მხოლოდ შერჩეულ ენერგეტიკულ მდგომარეობებს, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ინფორმაციის კოდირებისთვის. მაღალტემპერატურულ ზეგამტარებში მკვლევარებმა ასევე შეძლეს პირველად დააკვირდნენ ერთი ფოტონის შთანთქმას, სინათლის ნაწილაკს, რომელიც ინფორმაციის გადაცემას ემსახურება.

„ერთის მხრივ, ჩვენმა შედეგებმა შეიძლება ხელი შეუწყოს მომავალში კვანტურ ტექნოლოგიებში მნიშვნელოვნად გამარტივებული გაგრილების ტექნოლოგიის გამოყენებას და, მეორე მხრივ, სრულიად ახალ წარმოდგენას გვთავაზობს ზეგამტარ მდგომარეობებზე და მათ დინამიკაზე მარეგულირებელ პროცესებზე, რომლებიც ჯერ კიდევ არ არის. გაუგებარია“, - ხაზს უსვამს კვლევის ლიდერი იუნ. პროფესორი კარსტენ შუკი მიუნსტერის უნივერსიტეტის ფიზიკის ინსტიტუტიდან. შესაბამისად, შედეგები შეიძლება იყოს შესაბამისი ახალი ტიპის კომპიუტერული ტექნოლოგიების განვითარებისთვის. კვლევა ჟურნალ Nature Communications-ში გამოქვეყნდა.

მეცნიერებმა იტრიუმის, ბარიუმის, სპილენძის ოქსიდისა და ჟანგბადის ელემენტებისაგან დამზადებული სუპერგამტარები, მოკლედ YBCO გამოიყენეს, საიდანაც რამდენიმე ნანომეტრიანი თხელი მავთული დაამზადეს. როდესაც ეს სტრუქტურები ატარებენ ელექტრულ დენებს, წარმოიქმნება ფიზიკური დინამიკა, რომელსაც ეწოდება "ფაზის slips". YBCO ნანომავთულის შემთხვევაში, მუხტის მატარებლის სიმკვრივის რყევები იწვევს სუპერდენის ცვალებადობას. მკვლევარებმა გამოიკვლიეს პროცესები ნანომავთულებში 20 კელვინზე დაბალ ტემპერატურაზე, რაც შეესაბამება მინუს 253 გრადუს ცელსიუსს. მოდელის გამოთვლებთან ერთად, მათ აჩვენეს ენერგეტიკული მდგომარეობების კვანტიზაცია ნანომავთულებში. ტემპერატურა, რომლის დროსაც მავთულები შევიდნენ კვანტურ მდგომარეობაში, აღმოაჩინეს 12-დან 13 კელვინამდე - ტემპერატურა რამდენიმე ასეულჯერ აღემატება ჩვეულებრივ გამოყენებული მასალებისთვის საჭირო ტემპერატურას. ამან მეცნიერებს საშუალება მისცა გამოეჩინათ რეზონატორები, ანუ რხევითი სისტემები, რომლებიც მორგებულია კონკრეტულ სიხშირეებზე, ბევრად უფრო გრძელი ვადით და უფრო დიდხანს შეენარჩუნებინათ კვანტური მექანიკური მდგომარეობა. ეს არის უფრო დიდი კვანტური კომპიუტერების გრძელვადიანი განვითარების წინაპირობა.

შემდგომი მნიშვნელოვანი კომპონენტები კვანტური ტექნოლოგიების განვითარებისთვის, მაგრამ პოტენციურად სამედიცინო დიაგნოსტიკისთვისაც არის დეტექტორები, რომლებსაც შეუძლიათ ერთი ფოტონების დარეგისტრირებაც კი. კარსტენ შუკის კვლევითი ჯგუფი მიუნსტერის უნივერსიტეტში რამდენიმე წელია მუშაობს ზეგამტარებზე დაფუძნებული ასეთი ერთფოტონიანი დეტექტორების შემუშავებაზე. რაც უკვე კარგად მუშაობს დაბალ ტემპერატურაზე, მეცნიერები მთელ მსოფლიოში ცდილობენ მიაღწიონ მაღალტემპერატურულ სუპერგამტარებს ათწლეულზე მეტი ხნის განმავლობაში. კვლევისთვის გამოყენებულ YBCO ნანომავთულებში, ეს მცდელობა ახლა პირველად წარმატებით დასრულდა. „ჩვენი ახალი აღმოჩენები გზას უხსნის ახალ ექსპერიმენტულად შესამოწმებელ თეორიულ აღწერილობებს და ტექნოლოგიურ განვითარებას“, - ამბობს თანაავტორი მარტინ ვოლფი შუკის კვლევითი ჯგუფიდან.

შეგიძლიათ დარწმუნებული იყოთ, რომ ჩვენი რედაქტორები ყურადღებით აკვირდებიან ყველა გაგზავნილ გამოხმაურებას და მიიღებენ შესაბამის ზომებს. თქვენი მოსაზრებები ჩვენთვის მნიშვნელოვანია.

თქვენი ელფოსტის მისამართი გამოიყენება მხოლოდ იმისთვის, რომ ადრესატმა იცოდეს, ვინ გამოაგზავნა ელ.წერილი. არც თქვენი მისამართი და არც მიმღების მისამართი არ იქნება გამოყენებული სხვა მიზნით. თქვენ მიერ შეყვანილი ინფორმაცია გამოჩნდება თქვენს ელფოსტაში და არ ინახება Phys.org-ის მიერ რაიმე ფორმით.

მიიღეთ ყოველკვირეული და/ან ყოველდღიური განახლებები თქვენს შემოსულებში. თქვენ შეგიძლიათ გააუქმოთ გამოწერა ნებისმიერ დროს და ჩვენ არასოდეს გავუზიარებთ თქვენს დეტალებს მესამე პირებს.

ეს საიტი იყენებს ქუქი-ფაილებს, რათა დაეხმაროს ნავიგაციაში, გააანალიზოს ჩვენი სერვისების გამოყენება და უზრუნველყოს მესამე მხარის კონტენტი. ჩვენი საიტის გამოყენებით თქვენ აცნობიერებთ, რომ წაიკითხეთ და გესმით ჩვენი კონფიდენციალურობის პოლიტიკა და გამოყენების წესები.