Süsiniknanotoru teeb ideaalseks koduks kvantbittide keerutamiseks

06. märts 2023 (Nanowerki uudised) Teadlased võistlevad aktiivselt selle nimel, et muuta sajandi minevikus tehtud kvantvaldkonnaga seotud intuitiivsed avastused tulevikutehnoloogiateks. Nende tehnoloogiate ehitusplokk on kvantbitt ehk kubit. Arendamisel on mitu erinevat tüüpi, sealhulgas need, mis kasutavad defekte teemandi ja räni sümmeetrilistes struktuurides. Nad võivad ühel päeval muuta andmetöötlust, kiirendada ravimite avastamist, luua häkkimatuid võrke ja palju muud. USA energeetikaministeeriumi (DOE) Argonne'i riikliku labori teadlased on mitme ülikooli teadlastega töötades avastanud meetodi keerlevate elektronide sisestamiseks kubitidena peremeesnanomaterjali.Nature Communications, “Long-lived electronic spin qubits in single-walled carbon nanotubes”). Nende testitulemused näitasid rekordiliselt pikki koherentsusaegu – mis tahes praktilise kubiidi põhiomadust, kuna see määrab kvantoperatsioonide arvu, mida saab kubiti eluea jooksul sooritada. Keerlevat elektroni sisaldava keemiliselt modifitseeritud süsinik-nanotoru kunstiline renderdamine kubitina. (Pilt: Argonne'i riiklik labor) Elektronidel on ülaosa spinniga analoogne omadus, millel on oluline erinevus. Kui pealsed pöörlevad paigal, võivad need pöörata paremale või vasakule. Elektronid võivad käituda nii, nagu nad pöörleksid samaaegselt mõlemas suunas. See on kvanttunnus, mida nimetatakse superpositsiooniks. Kahes olekus korraga olemine muudab elektronid headeks spin-kubittide kandidaatideks. Pöörlemiskubitid vajavad sobivat materjali nende majutamiseks, juhtimiseks ja tuvastamiseks ning nendes sisalduva teabe lugemiseks. Seda silmas pidades otsustas meeskond uurida nanomaterjali, mis on valmistatud ainult süsinikuaatomitest, millel on õõnsa torukujuline kuju ja mille paksus on vaid umbes üks nanomeeter ehk miljardik meetrit, mis on ligikaudu 100,000 XNUMX korda õhem kui ühe nanomeetri laius. inimese juuksed. "Need süsiniknanotorud on tavaliselt mõne mikromeetri pikkused," ütles Xuedan Ma. "Need on enamasti vabad kõikuvatest tuumaspinnidest, mis häiriksid elektroni pöörlemist ja vähendaksid selle koherentsusaega." Ma on teadlane Argonne'i nanoskaala materjalide keskuses (CNM), mis on DOE teadusbüroo kasutajakeskus. Ta töötab ka Chicago ülikooli Pritzkeri molekulaartehnika koolis ja Northwesterni ülikooli Northwestern-Argonne'i teaduse ja tehnika instituudis. Probleem, millega meeskond silmitsi seisis, on see süsiniknanotorud iseenesest ei suuda ühes kohas pöörlevat elektroni säilitada. See liigub ümber nanotoru. Varasemad teadlased on sisestanud elektroodid nanomeetrite kaugusele, et piirata nende vahele pöörlevat elektroni. Kuid see korraldus on mahukas, kallis ja seda on keeruline laiendada. Praegune meeskond töötas välja viisi, kuidas kõrvaldada vajadus elektroodide või muude nanomõõtmeliste seadmete järele elektronide piiramiseks. Selle asemel muudavad nad keemiliselt süsinik-nanotoru aatomistruktuuri viisil, mis püüab pöörleva elektroni ühte kohta kinni. "Meile suureks rõõmuks loob meie keemilise modifitseerimise meetod süsinik-nanotorus uskumatult stabiilse spin-kubiidi," ütles keemik Jia-Shiang Chen. Chen on nii CNMi liige kui ka Northwesterni ülikooli molekulaarse kvanttransduktsiooni keskuse järeldoktor. Meeskonna testitulemused näitasid rekordiliselt pikki koherentsiaega võrreldes muude vahenditega tehtud süsteemide omadega - 10 mikrosekundit. Arvestades nende väiksust, saab meeskonna spin-kubiti platvormi hõlpsamini kvantseadmetesse integreerida ja see võimaldab kvantteabe lugemiseks palju võimalusi. Samuti on süsiniktorud väga paindlikud ja nende vibratsiooni saab kasutada kubitist pärineva teabe salvestamiseks. "Süsiniknanotoru spin-kubitist praktiliste tehnoloogiateni on pikk tee, kuid see on suur samm selles suunas," ütles Ma.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62511.php