Розробка квантового комп’ютера, здатного вирішувати проблеми, які класичні комп’ютери можуть розв’язувати лише з великими зусиллями або взагалі не вирішувати — це мета, яку зараз переслідує дедалі більше дослідницьких груп у всьому світі. Причина: квантові ефекти, які походять зі світу найдрібніших частинок і структур, дозволяють використовувати багато нових технологічних застосувань. Перспективними компонентами для реалізації квантових комп’ютерів вважаються так звані надпровідники, які дозволяють обробляти інформацію та сигнали за законами квантової механіки. Однак проблема надпровідних наноструктур полягає в тому, що вони функціонують лише при дуже низьких температурах, і тому їх важко застосувати на практиці. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Дослідники з Університету Мюнстера та Forschungszentrum Jülich тепер вперше продемонстрували те, що називається квантуванням енергії в нанодротах, виготовлених із високотемпературних надпровідників, тобто надпровідників, у яких температура підвищена, нижче якої переважають квантово-механічні ефекти. Тоді надпровідний нанопровід приймає лише вибрані енергетичні стани, які можна використовувати для кодування інформації. У високотемпературних надпровідниках дослідники також змогли вперше спостерігати поглинання одного фотона, світлової частинки, яка служить для передачі інформації.
«З одного боку, наші результати можуть сприяти використанню значно спрощеної технології охолодження в квантових технологіях у майбутньому, а з іншого боку, вони пропонують нам абсолютно нові погляди на процеси, що керують надпровідними станами та їхню динаміку, яка все ще залишається незмінною. не зрозуміло», – наголошує керівник дослідження юний професор Карстен Шук з Інституту фізики Мюнстерського університету. Тому результати можуть мати значення для розробки нових типів комп’ютерних технологій. Дослідження опубліковано в журналі Nature Communications.
Вчені використовували надпровідники, виготовлені з елементів ітрію, барію, оксиду міді та кисню, або скорочено YBCO, з яких вони виготовляли дроти товщиною кілька нанометрів. Коли ці структури проводять електричний струм, відбувається фізична динаміка, яка називається «ковзанням фази». У випадку нанодротів YBCO флуктуації щільності носіїв заряду викликають варіації надструму. Дослідники досліджували процеси в нанодротах при температурах нижче 20 Кельвінів, що відповідає мінус 253 градусам Цельсія. У поєднанні з модельними розрахунками вони продемонстрували квантування енергетичних станів у нанодротах. Температура, при якій дроти переходили в квантовий стан, була від 12 до 13 Кельвінів — температура в кілька сотень разів вища за температуру, необхідну для матеріалів, які зазвичай використовуються. Це дозволило вченим виготовити резонатори, тобто коливальні системи, налаштовані на певні частоти, з набагато довшим часом життя та підтримувати квантово-механічні стани довше. Це є необхідною умовою для довгострокової розробки все більших квантових комп’ютерів.
Іншими важливими компонентами для розвитку квантових технологій, але потенційно також для медичної діагностики, є детектори, які можуть реєструвати навіть поодинокі фотони. Дослідницька група Карстена Шука в Мюнстерському університеті кілька років працювала над розробкою таких однофотонних детекторів на основі надпровідників. Те, що вже добре працює при низьких температурах, вчені всього світу намагаються досягти за допомогою високотемпературних надпровідників вже більше десяти років. У нанодротах YBCO, використаних для дослідження, ця спроба вперше вдалася. «Наші нові відкриття відкривають шлях для нових теоретичних описів і технологічних розробок, які можна перевірити експериментально», — говорить співавтор Мартін Вольф з дослідницької групи Schuck.
Ви можете бути впевнені, наші редактори уважно відстежують кожен надісланий відгук і вживатимуть відповідних заходів. Ваша думка важлива для нас.
Ваша електронна адреса використовується лише для того, щоб повідомити одержувачу, хто надіслав електронний лист. Ні ваша адреса, ні адреса одержувача не будуть використані для будь-яких інших цілей. Інформація, яку ви введете, з’явиться у вашому електронному повідомленні та не зберігається Phys.org у будь-якій формі.
Отримуйте щотижневі та/або щоденні оновлення на свою поштову скриньку. Ви можете будь-коли скасувати підписку, і ми ніколи не передамо ваші дані третім особам.
Цей сайт використовує файли cookie, щоб допомогти з навігацією, аналізувати використання вами наших послуг і надавати вміст від третіх сторін. Використовуючи наш сайт, ви підтверджуєте, що прочитали та зрозуміли нашу Політику конфіденційності та Умови використання.
Час публікації: 07 квітня 2020 р