Ο νανοσωλήνας άνθρακα κάνει το ιδανικό σπίτι για την περιστροφή κβαντικών κομματιών

06 Μαρτίου 2023 (Ειδήσεις Nanowerk) Οι επιστήμονες ανταγωνίζονται σθεναρά για να μετατρέψουν τις αντιδιαισθητικές ανακαλύψεις σχετικά με το κβαντικό βασίλειο από τον προηγούμενο αιώνα σε τεχνολογίες του μέλλοντος. Το δομικό στοιχείο σε αυτές τις τεχνολογίες είναι το κβαντικό bit ή qubit. Πολλά διαφορετικά είδη βρίσκονται υπό ανάπτυξη, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που χρησιμοποιούν ελαττώματα στις συμμετρικές δομές του διαμαντιού και του πυριτίου. Μπορεί μια μέρα να μεταμορφώσουν την πληροφορική, να επιταχύνουν την ανακάλυψη φαρμάκων, να δημιουργήσουν δίκτυα που δεν μπορούν να παραβιαστούν και πολλά άλλα. Σε συνεργασία με ερευνητές από πολλά πανεπιστήμια, επιστήμονες στο Εθνικό Εργαστήριο Argonne του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE) ανακάλυψαν μια μέθοδο για την εισαγωγή περιστρεφόμενων ηλεκτρονίων ως qubits σε ένα νανοϋλικό ξενιστή.Nature Communications, «Ηλεκτρονικά qubits περιστροφής μεγάλης διάρκειας σε νανοσωλήνες άνθρακα μονού τοιχώματος»). Τα αποτελέσματα των δοκιμών τους αποκάλυψαν μεγάλους χρόνους συνοχής ρεκόρ - την ιδιότητα κλειδί για κάθε πρακτικό qubit επειδή καθορίζει τον αριθμό των κβαντικών πράξεων που μπορούν να εκτελεστούν κατά τη διάρκεια ζωής του qubit. Καλλιτεχνική απόδοση χημικά τροποποιημένου νανοσωλήνα άνθρακα που φιλοξενεί ένα περιστρεφόμενο ηλεκτρόνιο ως qubit. (Εικόνα: Εθνικό Εργαστήριο Argonne) Τα ηλεκτρόνια έχουν μια ιδιότητα ανάλογη με την περιστροφή μιας κορυφής, με μια βασική διαφορά. Όταν οι κορυφές περιστρέφονται στη θέση τους, μπορούν να περιστρέφονται προς τα δεξιά ή προς τα αριστερά. Τα ηλεκτρόνια μπορούν να συμπεριφέρονται σαν να περιστρέφονται και προς τις δύο κατευθύνσεις ταυτόχρονα. Αυτό είναι ένα κβαντικό χαρακτηριστικό που ονομάζεται υπέρθεση. Το ότι βρίσκονται σε δύο καταστάσεις την ίδια στιγμή κάνει τα ηλεκτρόνια καλούς υποψηφίους για spin qubits. Τα spin qubits χρειάζονται ένα κατάλληλο υλικό για τη στέγαση, τον έλεγχο και την ανίχνευση τους, καθώς και για την ανάγνωση πληροφοριών σε αυτά. Έχοντας αυτό κατά νου, η ομάδα επέλεξε να διερευνήσει ένα νανοϋλικό που αποτελείται μόνο από άτομα άνθρακα, έχει κοίλο σωληνοειδές σχήμα και πάχος μόνο περίπου ενός νανόμετρο ή ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου, περίπου 100,000 φορές πιο λεπτό από το πλάτος ενός ανθρώπινες τρίχες. «Αυτοί οι νανοσωλήνες άνθρακα έχουν συνήθως μήκος μερικά μικρόμετρα», είπε ο Xuedan Ma. ​"Είναι ως επί το πλείστον απαλλαγμένα από κυμαινόμενες πυρηνικές περιστροφές που θα παρεμβαίνουν στο σπιν του ηλεκτρονίου και θα μειώνουν τον χρόνο συνοχής του." Ο Ma είναι επιστήμονας στο Argonne's Centre for Nanoscale Materials (CNM), μια εγκατάσταση χρηστών του DOE Office of Science. Έχει επίσης ραντεβού στο Pritzker School of Molecular Engineering στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο και στο Northwestern-Argonne Institute of Science and Engineering στο Northwestern University. Το πρόβλημα που αντιμετώπισε η ομάδα είναι αυτό νανοσωλήνες άνθρακα από μόνα τους δεν μπορούν να διατηρήσουν ένα περιστρεφόμενο ηλεκτρόνιο σε μια θέση. Κινείται γύρω από τον νανοσωλήνα. Παλαιότεροι ερευνητές έχουν εισαγάγει ηλεκτρόδια νανόμετρα μεταξύ τους για να περιορίσουν ένα περιστρεφόμενο ηλεκτρόνιο μεταξύ τους. Αλλά αυτή η διευθέτηση είναι ογκώδης, δαπανηρή και δύσκολη στην κλιμάκωση. Η τρέχουσα ομάδα επινόησε έναν τρόπο για να εξαλείψει την ανάγκη για ηλεκτρόδια ή άλλες συσκευές νανοκλίμακας για τον περιορισμό του ηλεκτρονίου. Αντίθετα, αλλάζουν χημικά την ατομική δομή σε έναν νανοσωλήνα άνθρακα με τρόπο που παγιδεύει ένα περιστρεφόμενο ηλεκτρόνιο σε μια θέση. «Προς μεγάλη μας ικανοποίηση, η μέθοδος χημικής τροποποίησης μας δημιουργεί ένα απίστευτα σταθερό qubit περιστροφής σε έναν νανοσωλήνα άνθρακα», δήλωσε ο χημικός Jia-Shiang Chen. Ο Chen είναι μέλος τόσο του CNM όσο και μεταδιδακτορικός υπότροφος στο Κέντρο Μοριακής Κβαντικής Μετατροπής στο Πανεπιστήμιο Northwestern. Τα αποτελέσματα των δοκιμών της ομάδας αποκάλυψαν ρεκόρ μεγάλους χρόνους συνοχής σε σύγκριση με αυτούς των συστημάτων που κατασκευάζονται με άλλα μέσα — 10 μικροδευτερόλεπτα. Δεδομένου του μικρού μεγέθους τους, η πλατφόρμα spin qubit της ομάδας μπορεί να ενσωματωθεί πιο εύκολα σε κβαντικές συσκευές και επιτρέπει πολλούς πιθανούς τρόπους ανάγνωσης των κβαντικών πληροφοριών. Επίσης, οι σωλήνες άνθρακα είναι πολύ εύκαμπτοι και οι δονήσεις τους μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αποθήκευση πληροφοριών από το qubit. «Είναι πολύ μακριά από το spin qubit μας σε έναν νανοσωλήνα άνθρακα έως τις πρακτικές τεχνολογίες, αλλά αυτό είναι ένα μεγάλο πρώιμο βήμα προς αυτή την κατεύθυνση», είπε ο Ma.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62511.php