Разработка квантового компьютера, способного решать задачи, которые классические компьютеры могут решить либо с большими усилиями, либо вообще не решить — это цель, которую в настоящее время преследует постоянно растущее число исследовательских групп по всему миру. Причина: квантовые эффекты, возникающие в мире мельчайших частиц и структур, открывают множество новых технологических приложений. Перспективными компонентами для реализации квантовых компьютеров считаются так называемые сверхпроводники, позволяющие обрабатывать информацию и сигналы по законам квантовой механики. Однако камнем преткновения сверхпроводящих наноструктур является то, что они функционируют только при очень низких температурах и поэтому их трудно реализовать на практике. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2'); });
Исследователи из Мюнстерского университета и исследовательского центра Юлиха впервые продемонстрировали то, что известно как квантование энергии в нанопроволоках, изготовленных из высокотемпературных сверхпроводников, то есть сверхпроводников, в которых температура повышается, ниже которой преобладают квантово-механические эффекты. Тогда сверхпроводящая нанопроволока принимает только избранные энергетические состояния, которые можно использовать для кодирования информации. В высокотемпературных сверхпроводниках исследователям также впервые удалось наблюдать поглощение одного фотона — легкой частицы, служащей для передачи информации.
«С одной стороны, наши результаты могут способствовать использованию значительно упрощенной технологии охлаждения в квантовых технологиях в будущем, а с другой стороны, они предлагают нам совершенно новое понимание процессов, управляющих сверхпроводящими состояниями и их динамикой, которые до сих пор остаются открытыми. непонятно», — подчеркивает руководитель исследования юный профессор Карстен Шук из Института физики Мюнстерского университета. Поэтому результаты могут быть актуальны для разработки новых типов компьютерных технологий. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Ученые использовали сверхпроводники, состоящие из элементов иттрия, бария, оксида меди и кислорода, или сокращенно YBCO, из которых они изготовили провода толщиной в несколько нанометров. Когда эти структуры проводят электрический ток, возникает физическая динамика, называемая «сдвигом фазы». В случае нанопроволок YBCO флуктуации плотности носителей заряда вызывают изменения сверхтока. Исследователи исследовали процессы в нанонитях при температуре ниже 20 Кельвинов, что соответствует минус 253 градусам Цельсия. В сочетании с модельными расчетами они продемонстрировали квантование энергетических состояний в нанопроволоках. Температура, при которой провода перешли в квантовое состояние, составила от 12 до 13 К — температура в несколько сотен раз выше, чем температура, необходимая для обычно используемых материалов. Это позволило ученым создать резонаторы, то есть колебательные системы, настроенные на определенные частоты, с гораздо более длительным сроком службы и дольше поддерживать квантово-механические состояния. Это необходимое условие для долгосрочного развития еще более крупных квантовых компьютеров.
Еще одним важным компонентом для развития квантовых технологий, а потенциально и для медицинской диагностики, являются детекторы, способные регистрировать даже одиночные фотоны. Исследовательская группа Карстена Шука в Мюнстерском университете уже несколько лет работает над разработкой таких детекторов одиночных фотонов на основе сверхпроводников. Того, что уже хорошо работает при низких температурах, ученые всего мира уже более десяти лет пытаются достичь с помощью высокотемпературных сверхпроводников. В нанопроволоках YBCO, использованных для исследования, эта попытка впервые увенчалась успехом. «Наши новые результаты открывают путь к новым экспериментально проверяемым теоретическим описаниям и технологическим разработкам», — говорит соавтор Мартин Вольф из исследовательской группы Schuck.
Вы можете быть уверены, что наши редакторы внимательно отслеживают каждый отправленный отзыв и примут соответствующие меры. Ваше мнение важно для нас.
Ваш адрес электронной почты используется только для того, чтобы сообщить получателю, кто отправил электронное письмо. Ни ваш адрес, ни адрес получателя не будут использоваться для каких-либо других целей. Введенная вами информация появится в вашем сообщении электронной почты и не будет сохранена Phys.org ни в какой форме.
Получайте еженедельные и/или ежедневные обновления на свой почтовый ящик. Вы можете отказаться от подписки в любое время, и мы никогда не передадим ваши данные третьим лицам.
Этот сайт использует файлы cookie для облегчения навигации, анализа использования вами наших услуг и предоставления контента от третьих лиц. Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику конфиденциальности и Условия использования.
Время публикации: 07 апреля 2020 г.