Carbon nanotube membuat rumah yang ideal untuk memutar bit kuantum

Carbon nanotube membuat rumah yang ideal untuk memutar bit kuantum

Stempel Waktu: 6 Maret 2023 1
Node Sumber: 1995633
06 Mar 2023 (Berita Nanowerk) Para ilmuwan bersaing keras untuk mengubah penemuan yang berlawanan dengan intuisi tentang alam kuantum dari satu abad yang lalu menjadi teknologi masa depan. Blok bangunan dalam teknologi ini adalah bit kuantum, atau qubit. Beberapa jenis berbeda sedang dikembangkan, termasuk yang menggunakan cacat dalam struktur simetris berlian dan silikon. Mereka mungkin suatu hari mengubah komputasi, mempercepat penemuan obat, menghasilkan jaringan yang tidak dapat diretas, dan banyak lagi. Bekerja sama dengan para peneliti dari beberapa universitas, ilmuwan di Laboratorium Nasional Argonne Departemen Energi AS (DOE) telah menemukan metode untuk memasukkan elektron pemintalan sebagai qubit dalam bahan nano inang (Alam Komunikasi, “qubit spin elektronik berumur panjang dalam tabung nano karbon berdinding tunggal”). Hasil pengujian mereka menunjukkan catatan waktu koherensi yang lama — properti kunci untuk setiap qubit praktis karena ini menentukan jumlah operasi kuantum yang dapat dilakukan selama masa hidup qubit. Rendering artistik dari karbon nanotube yang dimodifikasi secara kimiawi menampung elektron yang berputar sebagai qubit Rendering artistik dari karbon nanotube yang dimodifikasi secara kimiawi menampung elektron yang berputar sebagai qubit. (Gambar: Argonne National Laboratory) Elektron memiliki sifat yang mirip dengan putaran gasing, dengan perbedaan utama. Saat gasing berputar di tempatnya, gasing dapat berputar ke kanan atau kiri. Elektron dapat berperilaku seolah-olah berputar di kedua arah pada waktu yang bersamaan. Ini adalah fitur kuantum yang disebut superposisi. Berada di dua keadaan pada saat yang sama menjadikan elektron kandidat yang baik untuk spin qubit. Spin qubit membutuhkan bahan yang cocok untuk menampung, mengontrol dan mendeteksinya, serta membacakan informasi di dalamnya. Dengan pertimbangan tersebut, tim memilih untuk menyelidiki bahan nano yang terbuat dari atom karbon saja, memiliki bentuk tubular berongga dan memiliki ketebalan hanya sekitar satu nanometer, atau sepermiliar meter, kira-kira 100,000 kali lebih tipis dari lebar sebuah rambut manusia. “Tabung nano karbon ini biasanya memiliki panjang beberapa mikrometer,” kata Xuedan Ma. “Mereka sebagian besar bebas dari putaran nuklir yang berfluktuasi yang akan mengganggu putaran elektron dan mengurangi waktu koherensinya.” Ma adalah seorang ilmuwan di Argonne's Center for Nanoscale Materials (CNM), fasilitas pengguna DOE Office of Science. Dia juga menjabat sebagai Pritzker School of Molecular Engineering di University of Chicago dan Northwestern-Argonne Institute of Science and Engineering di Northwestern University. Masalah yang dihadapi tim adalah itu nanotube karbon dengan sendirinya tidak dapat mempertahankan elektron yang berputar di satu tempat. Bergerak tentang nanotube. Peneliti sebelumnya telah memasukkan nanometer elektroda terpisah untuk membatasi elektron berputar di antara mereka. Tetapi pengaturan ini besar, mahal, dan menantang untuk ditingkatkan. Tim saat ini menemukan cara untuk menghilangkan kebutuhan elektroda atau perangkat nano lainnya untuk membatasi elektron. Sebaliknya, mereka secara kimiawi mengubah struktur atom dalam tabung nano karbon dengan cara menjebak elektron yang berputar ke satu lokasi. “Sangat memuaskan kami, metode modifikasi kimia kami menciptakan spin qubit yang sangat stabil dalam tabung nano karbon,” kata ahli kimia Jia-Shiang Chen. Chen adalah anggota CNM dan sarjana pascadoktoral di Pusat Transduksi Kuantum Molekuler di Universitas Northwestern. Hasil tes tim menunjukkan rekor waktu koherensi yang lama dibandingkan dengan sistem yang dibuat dengan cara lain — 10 mikrodetik. Mengingat ukurannya yang kecil, platform spin qubit tim dapat lebih mudah diintegrasikan ke dalam perangkat kuantum dan memungkinkan banyak cara untuk membaca informasi kuantum. Selain itu, tabung karbon sangat fleksibel dan getarannya dapat digunakan untuk menyimpan informasi dari qubit. “Ini jauh dari spin qubit kami dalam tabung nano karbon ke teknologi praktis, tetapi ini adalah langkah awal yang besar ke arah itu,” kata Ma.

Stempel Waktu:

Lebih dari Nanowerk