ננו-צינור פחמן מהווה בית אידיאלי לסובב סיביות קוונטיות

06 במרץ 2023 (חדשות Nanowerk) מדענים מתחרים במרץ כדי להפוך את התגליות המנוגדות לאינטואיציה על התחום הקוונטי ממאה שנה שעברה לטכנולוגיות העתיד. אבן הבניין בטכנולוגיות אלו היא הסיבית הקוונטית, או הקיוביט. מספר סוגים שונים נמצאים בפיתוח, כולל כאלה המשתמשים בפגמים בתוך המבנים הסימטריים של יהלום וסיליקון. הם עשויים יום אחד לשנות את המחשוב, להאיץ את גילוי התרופות, ליצור רשתות בלתי ניתנות לפריצה ועוד. בעבודה עם חוקרים ממספר אוניברסיטאות, מדענים במעבדה הלאומית Argonne של משרד האנרגיה של ארה"ב (DOE) גילו שיטה להחדרת אלקטרונים מסתובבים כקיוביטים בננו-חומר מארח (תקשורת טבע, "קיוביטים ספין אלקטרוניים ארוכים בננו-צינוריות פחמן עם דופן אחת"). תוצאות הבדיקה שלהם חשפו שיא זמני קוהרנטיות ארוכים - תכונת המפתח לכל קיוביט מעשי מכיוון שהיא מגדירה את מספר הפעולות הקוונטיות שניתן לבצע במהלך חייו של הקיוביט. עיבוד אומנותי של ננו-צינור פחמן שעבר שינוי כימי המארח אלקטרון מסתובב כקיוביט. (תמונה: המעבדה הלאומית של ארגון) לאלקטרונים יש תכונה מקבילה לספין של חלק עליון, עם הבדל מרכזי. כאשר החלק העליון מסתובב במקומם, הם יכולים להסתובב ימינה או שמאלה. אלקטרונים יכולים להתנהג כאילו הם מסתובבים בשני הכיוונים בו זמנית. זוהי תכונה קוונטית הנקראת סופרפוזיציה. הימצאות בשני מצבים בו-זמנית הופכת את האלקטרונים למועמדים טובים לקיוביטים של ספין. ספין קיוביטים זקוקים לחומר מתאים כדי לאכלס, לשלוט ולזהות אותם, כמו גם לקרוא מידע בהם. מתוך מחשבה על כך, הצוות בחר לחקור ננו-חומר העשוי מאטומי פחמן בלבד, בעל צורה צינורית חלולה ועוביו של ננומטר אחד בלבד, או מיליארדית המטר, דק יותר בערך פי 100,000 מרוחב של שיער אנושי. "ננו-צינורות הפחמן האלה הם בדרך כלל באורך של כמה מיקרומטרים", אמר שוידאן מא. "הם לרוב נקיים מסיבובים גרעיניים תנודתיים שיפריעו לספין של האלקטרון ויפחיתו את זמן הקוהרנטיות שלו." מא היא מדען במרכז ארגון לחומרים ננומטריים (CNM), מתקן משתמש של משרד המדע של DOE. היא גם מחזיקה במינויים בבית הספר להנדסה מולקולרית של פריצקר באוניברסיטת שיקגו ובמכון נורת'ווסטרן-ארגון למדע והנדסה באוניברסיטת נורת'ווסטרן. הבעיה שאיתה התמודד הצוות היא זו צינורות פחמן כשלעצמם אינם יכולים לשמור על אלקטרון מסתובב באתר אחד. הוא נע סביב הננו-צינור. חוקרים קודמים החדירו אלקטרודות בננומטרים זה מזה כדי להגביל אלקטרון מסתובב ביניהן. אבל ההסדר הזה הוא מגושם, יקר ומאתגר להגדיל אותו. הצוות הנוכחי הגה דרך לבטל את הצורך באלקטרודות או מכשירים אחרים בקנה מידה ננומטרי להגביל את האלקטרון. במקום זאת, הם משנים כימית את המבנה האטומי בננו-צינורית פחמן באופן שלוכד אלקטרון מסתובב למקום אחד. "לשמחתנו, שיטת השינוי הכימי שלנו יוצרת קוביט ספין יציב להפליא בננו-צינורית פחמן", אמר הכימאי ג'יה-שיאנג צ'ן. חן הוא חבר ב-CNM וגם פוסט-דוקטורט במרכז להתמרה קוונטית מולקולרית באוניברסיטת נורת'ווסטרן. תוצאות הבדיקה של הצוות חשפו שיא זמני קוהרנטיות ארוכים בהשוואה לאלו של מערכות שנעשו באמצעים אחרים - 10 מיקרו שניות. בהתחשב בגודלם הקטן, פלטפורמת ה-Spin qubit של הצוות יכולה להשתלב בקלות רבה יותר במכשירים קוונטיים ומאפשרת דרכים רבות אפשריות לקרוא את המידע הקוונטי. כמו כן, צינורות הפחמן גמישים מאוד וניתן להשתמש בתנודות שלהם לאחסון מידע מהקיוביט. "הדרך ארוכה מהספין קיוביט שלנו בננו-צינורית פחמן לטכנולוגיות מעשיות, אבל זה צעד מוקדם גדול בכיוון הזה", אמר מא.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62511.php