يجعل الأنابيب النانوية الكربونية موطنًا مثاليًا لتدوير القطع الكمومية

06 مارس 2023 (أخبار Nanowerk) يتنافس العلماء بقوة لتحويل الاكتشافات غير البديهية حول عالم الكم من قرن مضى إلى تقنيات المستقبل. اللبنة الأساسية في هذه التقنيات هي البت الكمي ، أو الكيوبت. هناك عدة أنواع مختلفة قيد التطوير ، بما في ذلك الأنواع التي تستخدم عيوبًا داخل الهياكل المتماثلة للماس والسيليكون. قد يقومون يومًا ما بتحويل الحوسبة ، وتسريع اكتشاف الأدوية ، وإنشاء شبكات غير قابلة للاختراق وأكثر من ذلك. من خلال العمل مع باحثين من عدة جامعات ، اكتشف العلماء في مختبر أرجون الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (DOE) طريقة لإدخال الإلكترونات الدوارة على شكل كيوبتات في مادة نانوية مضيفة (طبيعة الاتصالات, "كيوبتات الدوران الإلكترونية طويلة العمر في الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار"). كشفت نتائج اختبارهم عن أوقات تماسك طويلة قياسية - وهي الخاصية الأساسية لأي كيوبت عملي لأنها تحدد عدد العمليات الكمية التي يمكن إجراؤها في عمر الكيوبت. عرض فني لأنابيب نانوية كربونية معدلة كيميائيًا تستضيف إلكترونًا دوارًا على هيئة كيوبت. (الصورة: مختبر أرجون الوطني) للإلكترونات خاصية مماثلة لتدوير القمة ، مع اختلاف رئيسي. عندما تدور القمم في مكانها ، يمكن أن تدور جهة اليمين أو اليسار. يمكن للإلكترونات أن تتصرف كما لو كانت تدور في كلا الاتجاهين في نفس الوقت. هذه ميزة كمومية تسمى التراكب. كونك في حالتين في نفس الوقت يجعل الإلكترونات مرشحة جيدة للكيوبتات الدورانية. تحتاج الكيوبتات الدوارة إلى مادة مناسبة لإيوائها والتحكم فيها واكتشافها ، بالإضافة إلى قراءة المعلومات الموجودة فيها. مع أخذ ذلك في الاعتبار ، اختار الفريق فحص مادة نانوية مصنوعة من ذرات الكربون فقط ، ولها شكل أنبوبي مجوف وبسمك يبلغ حوالي نانومتر واحد فقط ، أو جزء من المليار من المتر ، أي ما يقرب من 100,000 مرة أرق من عرض شعر بشري. قال Xuedan Ma: "يبلغ طول الأنابيب النانوية الكربونية عادةً بضعة ميكرومترات. "إنها في الغالب خالية من المغريات النووية المتذبذبة التي من شأنها أن تتداخل مع دوران الإلكترون وتقلل من وقت تماسكه." ما هو عالم في مركز أرجون للمواد النانوية (CNM) ، وهو مرفق مستخدم تابع لمكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة. كما أنها حاصلة على مناصب في كلية بريتزكر للهندسة الجزيئية بجامعة شيكاغو ومعهد نورث وسترن أرغون للعلوم والهندسة بجامعة نورث وسترن. المشكلة التي واجهها الفريق هي تلك أنابيب الكربون النانوية في حد ذاتها لا يمكن الحفاظ على الإلكترون الغزل في موقع واحد. إنه يتحرك حول الأنابيب النانوية. قام باحثون سابقون بإدخال أقطاب كهربائية نانومترية بعيدًا عن بعضها لحصر إلكترون يدور بينهما. لكن هذا الترتيب ضخم ومكلف ويصعب توسيعه. ابتكر الفريق الحالي طريقة للتخلص من الحاجة إلى أقطاب كهربائية أو أجهزة نانوية أخرى لحصر الإلكترون. بدلاً من ذلك ، قاموا بتغيير التركيب الذري كيميائيًا في أنبوب نانوي كربوني بطريقة تحبس إلكترونًا يدور في مكان واحد. قال الكيميائي Jia-Shiang Chen: "مما يرضينا كثيرًا ، أن طريقة التعديل الكيميائي لدينا تخلق كيوبتًا مستقرًا بشكل لا يصدق في أنبوب نانوي كربوني". تشين عضو في كل من CNM وباحث ما بعد الدكتوراه في مركز النقل الكمي الجزيئي في جامعة نورث وسترن. كشفت نتائج اختبار الفريق عن أوقات تماسك طويلة قياسية مقارنة بتلك الخاصة بالأنظمة المصنوعة بوسائل أخرى - 10 ميكروثانية. نظرًا لصغر حجمها ، يمكن دمج منصة الكيوبت الدورانية للفريق بسهولة أكبر في الأجهزة الكمومية وتسمح بالعديد من الطرق الممكنة لقراءة المعلومات الكمومية. كما أن أنابيب الكربون مرنة للغاية ويمكن استخدام اهتزازاتها لتخزين المعلومات من الكيوبت. قال ما: "ما زال الطريق طويلاً من كيوبت الدوران لدينا في أنبوب نانوي كربوني إلى التقنيات العملية ، لكن هذه خطوة مبكرة كبيرة في هذا الاتجاه".

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62511.php