Hiilinanoputki on ihanteellinen koti kvanttibittien pyörittämiseen

06. maaliskuuta 2023 (Nanowerk-uutiset) Tiedemiehet kilpailevat kiivaasti muuttaakseen kvanttimaailmaa koskevat vastakohtaiset löydöt vuosisadan menneisyydestä tulevaisuuden teknologioiksi. Näiden teknologioiden rakennuspalikka on kvanttibitti tai kubitti. Useita erilaisia ​​on kehitteillä, mukaan lukien sellaiset, joissa käytetään vikoja timantin ja piin symmetrisissä rakenteissa. Ne saattavat jonain päivänä muuttaa tietojenkäsittelyä, nopeuttaa lääkkeiden löytämistä, luoda hakkerointikelvottomia verkkoja ja paljon muuta. Yhdysvaltain energiaministeriön (DOE) Argonnen kansallisen laboratorion tutkijat ovat yhteistyössä useiden yliopistojen tutkijoiden kanssa löytäneet menetelmän, jolla pyörivät elektronit voidaan viedä kubitteina isäntänanomateriaaliin (Luonto Viestintä, "Pitkäikäiset elektroniset spin-kubitit yksiseinäisissä hiilinanoputkissa"). Heidän testituloksensa paljasti ennätyspitkät koherenssiajat – minkä tahansa käytännön kubitin avainominaisuus, koska se määrittää kvanttioperaatioiden määrän, jotka voidaan suorittaa kubitin eliniän aikana. Taiteellinen renderöinti kemiallisesti muunnetusta hiilinanoputkesta, jossa pyörivä elektroni on kubittinä. (Kuva: Argonne National Laboratory) Elektroneilla on ominaisuus, joka on analoginen huipulle, mutta siinä on keskeinen ero. Kun topit pyörivät paikoillaan, ne voivat pyöriä oikealle tai vasemmalle. Elektronit voivat käyttäytyä ikään kuin ne pyörivät molempiin suuntiin samanaikaisesti. Tämä on kvanttiominaisuus, jota kutsutaan superpositioksi. Kahdessa tilassa samaan aikaan oleminen tekee elektroneista hyviä ehdokkaita spin-kubiteille. Spin-kubitit tarvitsevat sopivaa materiaalia sijoittaakseen, ohjatakseen ja havaitakseen niitä sekä lukeakseen niistä tietoa. Tätä silmällä pitäen ryhmä päätti tutkia nanomateriaalia, joka on valmistettu vain hiiliatomeista, on ontto putkimainen ja jonka paksuus on vain noin yksi nanometri tai metrin miljardisosa, noin 100,000 XNUMX kertaa ohuempi kuin yhden nanometrin leveys. ihmiskarva. "Nämä hiilinanoputket ovat tyypillisesti muutaman mikrometrin pituisia", sanoi Xuedan Ma. "Ne ovat enimmäkseen vapaita vaihtelevista ydinspinistä, jotka häiritsisivät elektronin spiniä ja vähentäisivät sen koherenssiaikaa." Ma on tiedemies Argonnen Nanoscale Materials -keskuksessa (CNM), joka on DOE:n tiedetoimiston käyttäjälaitos. Hänellä on myös nimityksiä Pritzker School of Molecular Engineeringissä Chicagon yliopistossa ja Northwestern-Argonne Institute of Science and Engineeringissä Northwestern Universityssä. Joukkueen kohtaama ongelma on se hiilinanoputket eivät pysty ylläpitämään pyörivää elektronia yhdessä paikassa. Se liikkuu nanoputken ympärillä. Aiemmat tutkijat ovat asettaneet elektrodeja nanometrien päähän toisistaan ​​rajoittaakseen pyörivän elektronin niiden väliin. Mutta tämä järjestely on iso, kallis ja haastavaa laajentaa. Nykyinen ryhmä kehitti tavan eliminoida elektrodien tai muiden nanomittakaavaisten laitteiden tarve elektronin rajoittamiseksi. Sen sijaan ne muuttavat kemiallisesti hiilinanoputken atomirakennetta tavalla, joka vangitsee pyörivän elektronin yhteen paikkaan. "Paljon iloksemme kemiallinen modifiointimenetelmämme luo uskomattoman vakaan spin-kubitin hiilinanoputkeen", sanoi kemisti Jia-Shiang Chen. Chen on sekä CNM:n jäsen että tutkijatohtori Northwestern Universityn molekyylikvanttitransduktion keskuksessa. Ryhmän testitulokset paljastivat ennätyspitkät koherenssiajat verrattuna muilla keinoin tehtyihin järjestelmiin – 10 mikrosekuntia. Niiden pienen koon vuoksi ryhmän spin qubit -alusta voidaan integroida helpommin kvanttilaitteisiin ja mahdollistaa monia mahdollisia tapoja lukea kvanttitietoa. Lisäksi hiiliputket ovat erittäin joustavia ja niiden värähtelyjä voidaan käyttää tiedon tallentamiseen kubitista. "Se on pitkä matka hiilinanoputken spin-kubitistamme käytännön teknologioihin, mutta tämä on suuri varhainen askel siihen suuntaan", Ma sanoi.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62511.php