Utvecklingen av en kvantdator som kan lösa problem, som klassiska datorer bara kan lösa med stor ansträngning eller inte alls – det är målet som för närvarande eftersträvas av ett ständigt växande antal forskarlag världen över. Anledningen: Kvanteffekter, som kommer från världen av de minsta partiklarna och strukturerna, möjliggör många nya tekniska tillämpningar. Så kallade supraledare, som möjliggör bearbetning av information och signaler enligt kvantmekanikens lagar, anses vara lovande komponenter för att realisera kvantdatorer. En stickpunkt för supraledande nanostrukturer är dock att de bara fungerar vid mycket låga temperaturer och därför är svåra att få till praktiska tillämpningar. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Forskare vid universitetet i Münster och Forschungszentrum Jülich demonstrerade nu för första gången vad som kallas energikvantisering i nanotrådar gjorda av högtemperatursupraledare – dvs supraledare, där temperaturen är förhöjd under vilken kvantmekaniska effekter dominerar. Den supraledande nanotråden antar då endast utvalda energitillstånd som skulle kunna användas för att koda information. I högtemperatursupraledarna kunde forskarna också för första gången observera absorptionen av en enda foton, en ljuspartikel som tjänar till att överföra information.
"Å ena sidan kan våra resultat bidra till användningen av avsevärt förenklad kylteknik i kvantteknologier i framtiden, och å andra sidan ger de oss helt nya insikter i de processer som styr supraledande tillstånd och deras dynamik, som fortfarande är inte förstådd”, understryker studieledaren jun. Prof. Carsten Schuck från Institutet för fysik vid Münsters universitet. Resultaten kan därför vara relevanta för utvecklingen av nya typer av datateknik. Studien har publicerats i tidskriften Nature Communications.
Forskarna använde supraledare gjorda av grundämnena yttrium, barium, kopparoxid och syre, eller förkortat YBCO, från vilka de tillverkade några nanometer tunna trådar. När dessa strukturer leder elektrisk ström uppstår fysisk dynamik som kallas "fasglidningar". När det gäller YBCO nanotrådar orsakar fluktuationer i laddningsbärardensiteten variationer i superströmmen. Forskarna undersökte processerna i nanotrådarna vid temperaturer under 20 Kelvin, vilket motsvarar minus 253 grader Celsius. I kombination med modellberäkningar visade de en kvantisering av energitillstånd i nanotrådarna. Temperaturen vid vilken trådarna gick in i kvanttillståndet hittades vid 12 till 13 Kelvin - en temperatur flera hundra gånger högre än den temperatur som krävs för de material som normalt används. Detta gjorde det möjligt för forskarna att producera resonatorer, dvs oscillerande system inställda på specifika frekvenser, med mycket längre livslängder och att bibehålla de kvantmekaniska tillstånden längre. Detta är en förutsättning för en långsiktig utveckling av allt större kvantdatorer.
Ytterligare viktiga komponenter för utvecklingen av kvantteknologier, men potentiellt också för medicinsk diagnostik, är detektorer som kan registrera även enfotoner. Carsten Schucks forskargrupp vid Münster University har under flera år arbetat med att utveckla sådana enfotondetektorer baserade på supraledare. Det som redan fungerar bra vid låga temperaturer har forskare över hela världen försökt åstadkomma med högtemperatursupraledare i mer än ett decennium. I de YBCO nanotrådar som användes för studien har detta försök nu lyckats för första gången. "Våra nya rön banar väg för nya experimentellt verifierbara teoretiska beskrivningar och teknisk utveckling", säger medförfattare Martin Wolff från Schuck forskargrupp.
Du kan vara säker på att våra redaktörer noga övervakar all feedback som skickas och kommer att vidta lämpliga åtgärder. Dina åsikter är viktiga för oss.
Din e-postadress används endast för att meddela mottagaren vem som skickat e-postmeddelandet. Varken din adress eller mottagarens adress kommer att användas för något annat ändamål. Informationen du anger kommer att visas i ditt e-postmeddelande och lagras inte av Phys.org i någon form.
Få veckovisa och/eller dagliga uppdateringar levererade till din inkorg. Du kan avsluta prenumerationen när som helst och vi kommer aldrig att dela dina uppgifter till tredje part.
Den här webbplatsen använder cookies för att hjälpa till med navigering, analysera din användning av våra tjänster och tillhandahålla innehåll från tredje part. Genom att använda vår webbplats bekräftar du att du har läst och förstått vår integritetspolicy och användarvillkor.
Posttid: 2020-07-07