カーボン ナノチューブは、量子ビットを回転させるための理想的な場所になります

06年2023月XNUMX日 (Nanowerkニュース) 科学者たちは、XNUMX 世紀前の量子領域に関する直観に反する発見を未来の技術に変換するために激しく競争しています。 これらのテクノロジの構成要素は、量子ビット (キュービット) です。 ダイヤモンドとシリコンの対称構造内の欠陥を利用するものなど、いくつかの異なる種類が開発されています。 コンピューティングを変革し、創薬を加速し、ハッキング不可能なネットワークを生成する日が来るかもしれません。 いくつかの大学の研究者と協力して、米国エネルギー省 (DOE) のアルゴンヌ国立研究所の科学者は、回転する電子を量子ビットとしてホスト ナノマテリアルに導入する方法を発見しました (ネイチャー·コミュニケーションズ, 「単層カーボンナノチューブの長寿命電子スピン量子ビット」）。 彼らのテスト結果は、記録的な長いコヒーレンス時間を明らかにしました。これは、キュービットの寿命中に実行できる量子操作の数を定義するため、実用的なキュービットの重要な特性です。 回転する電子をキュービットとしてホストする、化学的に修飾されたカーボン ナノチューブの芸術的なレンダリング。 (画像: アルゴンヌ国立研究所) 電子はコマのスピンに似た性質を持っていますが、重要な違いがあります。 コマがその場で回転すると、左右に回転できます。 電子は、同時に両方向に回転しているかのように振る舞うことができます。 これは、重ね合わせと呼ばれる量子機能です。 同時に 100,000 つの状態にある電子は、スピン キュービットの候補として適しています。 スピン量子ビットには、それらを収容、制御、検出し、情報を読み取るための適切な材料が必要です。 そのことを念頭に置いて、研究チームは、炭素原子のみから作られ、中空の管状の形状を持ち、厚さがわずか約 XNUMX ナノメートル (XNUMX 億分の XNUMX メートル) のナノ材料を調査することにしました。人間の髪の毛。 「これらのカーボン ナノチューブは通常、数マイクロメートルの長さです」と Xuedan Ma 氏は述べています。 ,war「それらは、電子のスピンを妨害し、そのコヒーレンス時間を短縮する変動する核スピンがほとんどありません。」 マーは、DOE 科学局のユーザー施設であるアルゴンヌのナノスケール材料センター (CNM) の科学者です。 彼女はまた、シカゴ大学のプリツカー分子工学部とノースウェスタン大学のノースウェスタン アルゴンヌ科学工学研究所にも任命されています。 チームが直面した問題は、 カーボンナノチューブ 単独では、10 つのサイトで回転する電子を維持することはできません。 ナノチューブの周りを移動します。 過去の研究者は、ナノメートルの間隔で電極を挿入して、回転する電子をそれらの間に閉じ込めました。 しかし、この配置はかさばり、高価で、スケールアップが困難です。 現在のチームは、電子を閉じ込めるための電極やその他のナノスケール デバイスの必要性を排除する方法を考案しました。 代わりに、彼らはカーボンナノチューブの原子構造を化学的に変化させ、回転する電子をXNUMXつの場所に閉じ込めます. 化学者の Jia-Shiang Chen 氏は、次のように述べています。 Chen は、CNM のメンバーであり、ノースウェスタン大学の分子量子変換センターの博士研究員でもあります。 チームのテスト結果は、他の方法で作成されたシステムのコヒーレンス時間と比較して、XNUMX マイクロ秒という記録的な長いコヒーレンス時間を明らかにしました。 チームのスピン キュービット プラットフォームはサイズが小さいため、量子デバイスに簡単に統合でき、量子情報を読み取るための多くの方法が可能になります。 また、カーボン チューブは非常に柔軟で、その振動を使用して量子ビットからの情報を保存できます。 「カーボン ナノチューブのスピン キュービットから実用的な技術までには長い道のりがありますが、これはその方向への大きな初期の一歩です」と Ma 氏は述べています。

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• 情報源： https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62511.php