Utviklingen av en kvantedatamaskin som kan løse problemer, som klassiske datamaskiner bare kan løse med stor innsats eller ikke i det hele tatt – dette er målet som nå forfølges av et stadig økende antall forskerteam over hele verden. Årsaken: Kvanteeffekter, som stammer fra verden av de minste partikler og strukturer, muliggjør mange nye teknologiske anvendelser. Såkalte superledere, som gjør det mulig å behandle informasjon og signaler i henhold til kvantemekanikkens lover, anses å være lovende komponenter for å realisere kvantedatamaskiner. Et stikkpunkt med superledende nanostrukturer er imidlertid at de kun fungerer ved svært lave temperaturer og derfor er vanskelige å få til praktiske anvendelser. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Forskere ved Universitetet i Münster og Forschungszentrum Jülich demonstrerte nå for første gang det som er kjent som energikvantisering i nanotråder laget av høytemperatur-superledere – altså superledere, der temperaturen er hevet under der kvantemekaniske effekter dominerer. Den superledende nanotråden antar da kun utvalgte energitilstander som kan brukes til å kode informasjon. I høytemperatursuperlederne kunne forskerne også for første gang observere absorpsjonen av et enkelt foton, en lyspartikkel som tjener til å overføre informasjon.
"På den ene siden kan resultatene våre bidra til bruk av betydelig forenklet kjøleteknologi i kvanteteknologier i fremtiden, og på den andre siden gir de oss helt ny innsikt i prosessene som styrer superledende stater og deres dynamikk, som fortsatt er ikke forstått, understreker studieleder jun. Prof. Carsten Schuck fra Institutt for fysikk ved Münster Universitet. Resultatene kan derfor være relevante for utvikling av nye typer datateknologi. Studien er publisert i tidsskriftet Nature Communications.
Forskerne brukte superledere laget av grunnstoffene yttrium, barium, kobberoksid og oksygen, eller YBCO for kort, som de laget noen få nanometer tynne ledninger fra. Når disse strukturene leder elektrisk strøm, oppstår fysisk dynamikk kalt "faseglidninger". Når det gjelder YBCO nanotråder, forårsaker fluktuasjoner i ladningsbærerens tetthet variasjoner i superstrømmen. Forskerne undersøkte prosessene i nanotrådene ved temperaturer under 20 Kelvin, som tilsvarer minus 253 grader Celsius. I kombinasjon med modellberegninger demonstrerte de en kvantisering av energitilstander i nanotrådene. Temperaturen der ledningene gikk inn i kvantetilstanden ble funnet ved 12 til 13 Kelvin - en temperatur flere hundre ganger høyere enn temperaturen som kreves for materialene som normalt brukes. Dette gjorde forskerne i stand til å produsere resonatorer, dvs. oscillerende systemer innstilt på spesifikke frekvenser, med mye lengre levetid og opprettholde de kvantemekaniske tilstandene lenger. Dette er en forutsetning for langsiktig utvikling av stadig større kvantedatamaskiner.
Ytterligere viktige komponenter for utvikling av kvanteteknologier, men potensielt også for medisinsk diagnostikk, er detektorer som kan registrere selv enkeltfotoner. Carsten Schucks forskningsgruppe ved Münster University har i flere år jobbet med å utvikle slike enkeltfotondetektorer basert på superledere. Det som allerede fungerer bra ved lave temperaturer, har forskere over hele verden forsøkt å oppnå med høytemperatursuperledere i mer enn et tiår. I YBCO nanotrådene som ble brukt til studien, har dette forsøket nå lyktes for første gang. "Våre nye funn baner vei for nye eksperimentelt verifiserbare teoretiske beskrivelser og teknologisk utvikling," sier medforfatter Martin Wolff fra forskningsgruppen Schuck.
Du kan være trygg på at redaktørene våre overvåker alle tilbakemeldinger som sendes nøye og vil iverksette passende tiltak. Dine meninger er viktige for oss.
E-postadressen din brukes kun til å fortelle mottakeren hvem som har sendt e-posten. Verken adressen din eller mottakerens adresse vil bli brukt til noe annet formål. Informasjonen du oppgir vil vises i e-postmeldingen din og beholdes ikke av Phys.org i noen form.
Få ukentlige og/eller daglige oppdateringer levert til innboksen din. Du kan melde deg av når som helst, og vi deler aldri opplysningene dine med tredjeparter.
Dette nettstedet bruker informasjonskapsler for å hjelpe til med navigering, analysere din bruk av tjenestene våre og gi innhold fra tredjeparter. Ved å bruke nettstedet vårt, erkjenner du at du har lest og forstått vår personvernerklæring og vilkår for bruk.
Innleggstid: 07. april 2020