A szén nanocső ideális otthont biztosít a kvantumbitek pörgetéséhez

06. március 2023. (Nanowerk News) A tudósok erőteljesen versengenek azért, hogy a kvantumbirodalommal kapcsolatos, egy évszázados múltból származó intuitív felfedezéseket a jövő technológiáivá alakítsák. Ezeknek a technológiáknak az építőköve a kvantumbit vagy kubit. Számos különböző típus van fejlesztés alatt, köztük olyanok is, amelyek a gyémánt és a szilícium szimmetrikus szerkezetén belüli hibákat használnak. Egy napon átalakíthatják a számítástechnikát, felgyorsíthatják a gyógyszerkutatást, feltörhetetlen hálózatokat hozhatnak létre és így tovább. Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának (DOE) Argonne Nemzeti Laboratóriumának tudósai több egyetem kutatóival együttműködve felfedeztek egy módszert a forgó elektronok kvbitként történő bevezetésére egy gazda nanoanyagba.Nature Communications, „Hosszú élettartamú elektronikus spin qubitek egyfalú szén nanocsövekben”). Teszteredményeik rekordhosszú koherenciaidőket tártak fel – ez minden gyakorlati qubit kulcsfontosságú tulajdonsága, mivel ez határozza meg a qubit élettartama alatt végrehajtható kvantumműveletek számát. Egy forgó elektront befogadó, kémiailag módosított szén nanocső művészi megjelenítése qubit formájában. (Kép: Argonne National Laboratory) Az elektronok olyan tulajdonsággal rendelkeznek, amely hasonló a csúcs forgásához, egy lényeges különbséggel. Amikor a felsők a helyükön forognak, jobbra vagy balra foroghatnak. Az elektronok úgy viselkedhetnek, mintha egyidejűleg mindkét irányban forognának. Ez egy szuperpozíciónak nevezett kvantumjellemző. Ha egyszerre két állapotban vannak, az elektronok jó jelöltek a spin qubitek számára. A spin qubiteknek megfelelő anyagra van szükségük elhelyezésükhöz, vezérlésükhöz és észlelésükhöz, valamint információk kiolvasásához. Ezt szem előtt tartva a csapat úgy döntött, hogy megvizsgál egy olyan nanoanyagot, amely csak szénatomokból készül, üreges cső alakú, és vastagsága mindössze körülbelül egy nanométer vagy a méter egy milliárdod része, ami nagyjából 100,000 XNUMX-szer vékonyabb, mint egy nanoanyag szélessége. emberi haj. "Ezek a szén nanocsövek általában néhány mikrométer hosszúak" - mondta Xuedan Ma. "Többnyire mentesek az ingadozó nukleáris spinektől, amelyek megzavarnák az elektron spinjét és csökkentenék a koherencia idejét." Ma az Argonne's Center for Nanoscale Materials (CNM), a DOE Office of Science felhasználói létesítményének tudósa. Emellett a Chicagói Egyetem Pritzker School of Molecular Engineering-ében és a Northwestern University Northwestern-Argonne Tudományos és Mérnöki Intézetében is dolgozik. A probléma, amellyel a csapat szembesült, az szén nanocsövek önmagukban nem képesek egy forgó elektront fenntartani egy helyen. A nanocső körül mozog. Korábbi kutatók nanométernyi távolságra helyezték el az elektródákat, hogy egy forgó elektront zárjanak közéjük. Ez az elrendezés azonban terjedelmes, drága, és kihívást jelent a bővítés. A jelenlegi csapat olyan módszert dolgozott ki, amellyel megszüntetheti az elektródák vagy más nanoméretű eszközök szükségességét az elektronok behatárolásához. Ehelyett kémiailag megváltoztatják a szén nanocső atomi szerkezetét oly módon, hogy egy forgó elektront egy helyre csapdázzanak. "Nagy örömünkre a kémiai módosítási módszerünk hihetetlenül stabil spin qubitet hoz létre egy szén nanocsőben" - mondta Jia-Shiang Chen vegyész. Chen a CNM tagja és a Northwestern Egyetem Molekuláris Kvantumtranszdukciós Központjának posztdoktori kutatója. A csapat teszteredményei rekordhosszú koherenciát mutattak ki a más módszerekkel készített rendszerekéhez képest – 10 mikroszekundum. Kis méretük miatt a csapat spin qubit platformja könnyebben integrálható kvantumeszközökbe, és számos lehetséges módot tesz lehetővé a kvantuminformációk kiolvasására. Ezenkívül a széncsövek nagyon rugalmasak, és rezgéseik felhasználhatók a qubitből származó információk tárolására. „Hosszú az út a szén nanocsőben lévő spin qubitünktől a gyakorlati technológiákig, de ez egy nagy korai lépés ebbe az irányba” – mondta Ma.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62511.php