Technologie kwantowe: nowe spojrzenie na procesy nadprzewodzące

Opracowanie komputera kwantowego potrafiącego rozwiązywać problemy, które klasyczne komputery potrafią rozwiązać jedynie z dużym wysiłkiem lub wcale – to cel, do którego dąży obecnie coraz większa liczba zespołów badawczych na całym świecie. Powód: Efekty kwantowe, które wywodzą się ze świata najmniejszych cząstek i struktur, umożliwiają wiele nowych zastosowań technologicznych. Za obiecujące elementy do realizacji komputerów kwantowych uważane są tzw. nadprzewodniki, które umożliwiają przetwarzanie informacji i sygnałów zgodnie z prawami mechaniki kwantowej. Problemem nanostruktur nadprzewodzących jest jednak to, że działają one tylko w bardzo niskich temperaturach i dlatego trudno je zastosować w praktyce. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });

Naukowcy z Uniwersytetu w Münster i Forschungszentrum Jülich po raz pierwszy zademonstrowali tzw. kwantyzację energii w nanodrutach wykonanych z nadprzewodników wysokotemperaturowych, tj. nadprzewodników, w których temperatura jest podwyższona, poniżej której dominują efekty mechaniki kwantowej. Nadprzewodzący nanodrut przyjmuje wówczas jedynie wybrane stany energetyczne, które można wykorzystać do zakodowania informacji. W nadprzewodnikach wysokotemperaturowych badacze byli także w stanie po raz pierwszy zaobserwować absorpcję pojedynczego fotonu – cząstki światła służącej do przekazywania informacji.

„Z jednej strony nasze wyniki mogą przyczynić się do zastosowania w przyszłości znacznie uproszczonej technologii chłodzenia w technologiach kwantowych, z drugiej strony dają nam zupełnie nowy wgląd w procesy rządzące stanami nadprzewodzącymi i ich dynamikę, które są wciąż niezrozumiałe” – podkreśla kierownik badania Jun. prof. Carsten Schuck z Instytutu Fizyki Uniwersytetu w Münster. Wyniki mogą zatem mieć znaczenie dla rozwoju nowych typów technologii komputerowej. Badanie opublikowano w czasopiśmie Nature Communications.

Naukowcy wykorzystali nadprzewodniki wykonane z pierwiastków itru, baru, tlenku miedzi i tlenu, w skrócie YBCO, z których wyprodukowali druty o grubości kilku nanometrów. Kiedy te struktury przewodzą prąd elektryczny, następuje dynamika fizyczna zwana „przesunięciami fazowymi”. W przypadku nanodrutów YBCO wahania gęstości nośnika ładunku powodują zmiany w nadprądzie. Naukowcy badali procesy zachodzące w nanodrutach w temperaturach poniżej 20 kelwinów, co odpowiada minus 253 stopniom Celsjusza. W połączeniu z obliczeniami modelowymi zademonstrowali kwantyzację stanów energetycznych w nanodrutach. Stwierdzono, że temperatura, w której druty weszły w stan kwantowy, wynosi od 12 do 13 kelwinów – jest to temperatura kilkaset razy wyższa niż temperatura wymagana dla zwykle używanych materiałów. Umożliwiło to naukowcom wyprodukowanie rezonatorów, czyli układów oscylacyjnych dostrojonych do określonych częstotliwości, o znacznie dłuższej żywotności i dłuższym utrzymywaniu stanów mechaniki kwantowej. Jest to warunek konieczny długoterminowego rozwoju coraz większych komputerów kwantowych.

Kolejnymi ważnymi komponentami dla rozwoju technologii kwantowych, ale potencjalnie także dla diagnostyki medycznej, są detektory, które mogą rejestrować nawet pojedyncze fotony. Grupa badawcza Carstena Schucka na Uniwersytecie w Münster od kilku lat pracuje nad opracowaniem takich detektorów pojedynczych fotonów opartych na nadprzewodnikach. To, co sprawdza się już w niskich temperaturach, naukowcy na całym świecie próbują osiągnąć za pomocą nadprzewodników wysokotemperaturowych od ponad dekady. W przypadku nanodrutów YBCO wykorzystanych w badaniach próba ta zakończyła się sukcesem po raz pierwszy. „Nasze nowe odkrycia torują drogę nowym, weryfikowalnym eksperymentalnie opisom teoretycznym i rozwojowi technologicznemu” – mówi współautor Martin Wolff z grupy badawczej Schuck.

Możesz mieć pewność, że nasi redaktorzy dokładnie monitorują każdą przesłaną opinię i podejmują odpowiednie działania. Twoje opinie są dla nas ważne.

Twój adres e-mail jest używany wyłącznie w celu poinformowania odbiorcy, kto wysłał wiadomość e-mail. Ani Twój adres, ani adres odbiorcy nie będą wykorzystywane w żadnym innym celu. Wprowadzone informacje pojawią się w Twojej wiadomości e-mail i nie będą przechowywane przez Phys.org w żadnej formie.

Otrzymuj cotygodniowe i/lub codzienne aktualizacje na swoją skrzynkę odbiorczą. Możesz zrezygnować z subskrypcji w dowolnym momencie, a my nigdy nie udostępnimy Twoich danych osobom trzecim.

Ta strona wykorzystuje pliki cookie, aby ułatwić nawigację, analizować sposób korzystania z naszych usług i dostarczać treści od stron trzecich. Korzystając z naszej witryny, potwierdzasz, że przeczytałeś i zrozumiałeś naszą Politykę prywatności i Warunki użytkowania.


Czas publikacji: 07 kwietnia 2020 r
Czat online WhatsApp!