Kvantum bit magas hőmérsékletű szupravezetőből - Spotfolio GmbH; Co
A kutatók anyagot javasolnak erőteljes és kompakt kvantum számítógépekhez
Jülich, 2020. február. Valójában más célkitűzésük volt, de Jülich, Münster és Moszkva tudósai megtalálták a módját, hogy a kvantumszámítógépek utat teremthessenek a speciális laboratóriumokból és szélesebb körű terjesztésbe. Ennek kulcsa egy olyan qubitek anyaga, amelyet nem kell abszolút nulla közelébe hűteni.
A jövőben a kvantumszámítógépeknek sokkal gyorsabban kell tudniuk megoldani bizonyos számításokat, mint a világ leggyorsabb szuperszámítógépei. Ez sokféle kérdésben hasznos lehet, az optimalizált forgalomirányítástól kezdve az erősebb anyagok tervezésén át az új gyógyszerek hatóanyagainak kutatásáig. Jelenleg azonban a kvantum számítógépek prototípusként csak a laboratóriumban vagy speciális alkalmazásokhoz érhetők el.
Különböző technológiai stratégiákat folytatnak párhuzamosan az erősebb kvantum számítógépek megvalósításához. A kvantumok, a kvantum számítógépek bitjei, befogott ionokból vagy szupravezető áramkörökből állhatnak. Mindkét esetben olyan komplex hűtőrendszerekre van szükség, amelyek a qubiteket -273 ° C körüli hőmérsékletre hozták, ami valamivel több, mint 0 Kelvin. Olyan drágák, mint egy családi ház, és több helyet foglalnak, mint egy nagy hűtőszekrény.
Jülich, Münster és Moszkva kutatói most azt tapasztalták, hogy a szupravezető kvitek nemcsak a szokásos alacsony hőmérsékletű szupravezetőkből, hanem a magas hőmérsékletű szupravezetőkből is előállíthatók, ami azt jelenti, hogy egy kis bőrönd mérete jóval olcsóbb hűtéstechnika elegendő lenne. Lehetővé kell tenni azt is, hogy egy chipen a korábbinál nagyobb számú ilyen quit található, és az elérhető számítási sebességet nagyságrendekkel meg kell növelni. Ez utóbbi többek között annak köszönhető, hogy a gerjesztett állapot hosszabb élettartama legalább 20 milliszekundum 5 Kelvin.
A Rafal Dunin-Borkowski professzor, a Jülich Ernst Ruska-Centrum és Peter Grünberg Intézet igazgatója, valamint Jun-Prof. Dr. Carsten Schuck a Münsteri Egyetemről egyetlen foton detektorok alkatrészeiről, amelyekhez az alacsonyabb hűtésnek elegendőnek kell lennie. Ilyen detektorokra van szükség az adatok kvantum kriptográfiával történő titkosításához. Schuck munkacsoportja nagy tapasztalattal rendelkezik az alacsony hőmérsékletű szupravezetőkön alapuló egyetlen foton detektorok fejlesztésében.
Az új detektor alapját itrium-bárium-réz-oxid (YBCO) nanovezetékének kell képeznie, amely anyag viszonylag meleg –181,15 ° C alatt is szupravezető. Jülich sokéves tapasztalattal rendelkezik kiváló minőségű vékony filmek gyártásában ebből a magas hőmérsékletű szupravezetőből, és egyedülálló eszközeivel és módszereivel rendelkezik, amelyek közül néhányat házon belül fejlesztettek ki. A jülichi kutatók egy fókuszált ionnyaláb segítségével vágták formára a szükséges vezetékeket a vékony rétegekből.
"Különböző szélességű nanohuzalokkal kísérleteztünk, hagytuk, hogy a fotonok eltalálják őket, és megmértük az ellenállást, amelyet ez létrehoz a szupravezetőben" - számol be dr. Matvey Lyatti, aki kezdetben Münsterben, később Jülichben kutatta a projektet. A fotonok detektálása ezen az elven alapul. "De a 100 nanométer alatti szélességű eredmények nem feleltek meg az elvárásainknak."
Mint kiderült, a kvantumhatások 12-13 Kelvinnél jelentkeznek: A szupravezető nanohuzal csak kiválasztott energiaállapotokat vesz fel. Ezeket fel lehet használni információk kódolására. A hagyományos kvantumbitekkel több százszor alacsonyabb hőmérsékletre van szükség, amelyet sokkal nehezebb elérni.
"Eredményeink annyira meglepőek voltak, hogy magunk sem tudtuk elhinni" - idézi fel Jülich fizikusai dr. Irina Gundareva. De a mérések végül meggyőzték az eredetileg szkeptikus véleményeket az eredmények közzétételéről a Nature Communications-ben.
A kutatók folytatják az YBCO nanohuzalokkal kapcsolatos munkájukat, és a következő években nanohuzal alapú szupravezető kvantum áramkörök kifejlesztését tervezik, amelynek végső célja egy kompakt asztali kvantum számítógép lehetővé tétele. Ezenkívül új szupravezető egyfoton detektorokat követnek, amelyeket kompakt krio-hűtők képesek hűteni. A vizsgált YBCO nanohuzalok szintén alkalmasnak bizonyultak erre, és jelentős előnyöket mutattak a meglévő technológiával szemben a szükséges hűtési hőmérséklet és a jel időbeli felbontása szempontjából.
További információ: https://www.fz-juelich.de/