De ontwikkeling van een kwantumcomputer die problemen kan oplossen die klassieke computers alleen met veel moeite of helemaal niet kunnen oplossen – dit is het doel dat momenteel door een steeds groeiend aantal onderzoeksteams wereldwijd wordt nagestreefd. De reden: Kwantumeffecten, die hun oorsprong vinden in de wereld van de kleinste deeltjes en structuren, maken veel nieuwe technologische toepassingen mogelijk. Zogenaamde supergeleiders, die het mogelijk maken informatie en signalen te verwerken volgens de wetten van de kwantummechanica, worden beschouwd als veelbelovende componenten voor het realiseren van kwantumcomputers. Een knelpunt van supergeleidende nanostructuren is echter dat ze alleen functioneren bij zeer lage temperaturen en daarom moeilijk in praktische toepassingen te brengen zijn. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Onderzoekers van de Universiteit van Münster en Forschungszentrum Jülich hebben nu voor het eerst aangetoond wat bekend staat als energiekwantisering in nanodraden gemaakt van supergeleiders bij hoge temperaturen – dat wil zeggen supergeleiders, waarbij de temperatuur wordt verhoogd waaronder kwantummechanische effecten de overhand hebben. De supergeleidende nanodraad neemt vervolgens alleen geselecteerde energietoestanden aan die kunnen worden gebruikt om informatie te coderen. In de hogetemperatuur-supergeleiders konden de onderzoekers voor het eerst ook de absorptie waarnemen van een enkel foton, een lichtdeeltje dat dient om informatie door te geven.
“Aan de ene kant kunnen onze resultaten bijdragen aan het gebruik van aanzienlijk vereenvoudigde koeltechnologie in kwantumtechnologieën in de toekomst, en aan de andere kant bieden ze ons volledig nieuwe inzichten in de processen die supergeleidende toestanden beheersen en hun dynamiek, die nog steeds onbekend zijn. niet begrepen”, benadrukt onderzoeksleider Jun. Prof. Carsten Schuck van het Instituut voor Natuurkunde van de Universiteit van Münster. De resultaten kunnen daarom relevant zijn voor de ontwikkeling van nieuwe vormen van computertechnologie. De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.
De wetenschappers gebruikten supergeleiders gemaakt van de elementen yttrium, barium, koperoxide en zuurstof, kortweg YBCO, waaruit ze enkele nanometer dunne draden vervaardigden. Wanneer deze structuren elektrische stroom geleiden, vindt er een fysieke dynamiek plaats die 'faseverschuivingen' wordt genoemd. In het geval van YBCO-nanodraden veroorzaken fluctuaties in de ladingsdragerdichtheid variaties in de superstroom. De onderzoekers onderzochten de processen in de nanodraden bij temperaturen onder de 20 Kelvin, wat overeenkomt met min 253 graden Celsius. In combinatie met modelberekeningen demonstreerden ze een kwantisering van de energietoestanden in de nanodraden. De temperatuur waarbij de draden de kwantumtoestand bereikten, werd vastgesteld op 12 tot 13 Kelvin – een temperatuur die honderden keren hoger is dan de temperatuur die nodig is voor de normaal gebruikte materialen. Dit stelde de wetenschappers in staat resonatoren te produceren, dat wil zeggen oscillerende systemen afgestemd op specifieke frequenties, met een veel langere levensduur en om de kwantummechanische toestanden langer in stand te houden. Dit is een voorwaarde voor de lange termijn ontwikkeling van steeds grotere kwantumcomputers.
Andere belangrijke componenten voor de ontwikkeling van kwantumtechnologieën, maar mogelijk ook voor medische diagnostiek, zijn detectoren die zelfs afzonderlijke fotonen kunnen registreren. De onderzoeksgroep van Carsten Schuck aan de Universiteit van Münster werkt al enkele jaren aan de ontwikkeling van dergelijke single-photon-detectoren op basis van supergeleiders. Wat al goed werkt bij lage temperaturen, proberen wetenschappers over de hele wereld al meer dan tien jaar te bereiken met supergeleiders bij hoge temperaturen. Bij de YBCO-nanodraden die voor het onderzoek zijn gebruikt, is deze poging nu voor het eerst geslaagd. “Onze nieuwe bevindingen maken de weg vrij voor nieuwe experimenteel verifieerbare theoretische beschrijvingen en technologische ontwikkelingen”, zegt co-auteur Martin Wolff van de onderzoeksgroep Schuck.
U kunt er zeker van zijn dat onze redacteuren elke verzonden feedback nauwlettend in de gaten houden en passende maatregelen zullen nemen. Uw mening is belangrijk voor ons.
Uw e-mailadres wordt alleen gebruikt om de ontvanger te laten weten wie de e-mail heeft verzonden. Noch uw adres, noch het adres van de ontvanger zullen voor enig ander doel worden gebruikt. De informatie die u invoert, verschijnt in uw e-mailbericht en wordt in geen enkele vorm door Phys.org bewaard.
Ontvang wekelijkse en/of dagelijkse updates in uw inbox. U kunt zich op ieder moment afmelden en wij delen uw gegevens nooit met derden.
Deze site maakt gebruik van cookies om te helpen bij het navigeren, om uw gebruik van onze diensten te analyseren en om inhoud van derden aan te bieden. Door onze site te gebruiken, erkent u dat u ons privacybeleid en de gebruiksvoorwaarden hebt gelezen en begrepen.
Posttijd: 07 april 2020