Karbon nanorør er et ideelt hjem for spinning av kvantebiter

06. mars 2023 (Nanowerk Nyheter) Forskere konkurrerer kraftig om å forvandle de kontraintuitive oppdagelsene om kvanteriket fra et århundre tidligere til fremtidens teknologier. Byggesteinen i disse teknologiene er kvantebiten, eller qubit. Flere forskjellige typer er under utvikling, inkludert de som bruker defekter innenfor de symmetriske strukturene til diamant og silisium. De kan en dag transformere databehandling, akselerere oppdagelse av medisiner, generere nettverk som ikke kan hackes og mer. I samarbeid med forskere fra flere universiteter har forskere ved det amerikanske energidepartementets (DOE) Argonne National Laboratory oppdaget en metode for å introdusere spinnende elektroner som qubits i et vertsnanomateriale (Nature Communications, "Langlivede elektroniske spinn-qubits i enkeltveggede karbon-nanorør"). Testresultatene deres avslørte rekordlange koherenstider - nøkkelegenskapen for enhver praktisk qubit fordi den definerer antall kvanteoperasjoner som kan utføres i qubitens levetid. Kunstnerisk gjengivelse av kjemisk modifisert karbon nanorør som er vert for et spinnende elektron som qubit. (Bilde: Argonne National Laboratory) Elektroner har en egenskap som er analog med spinnet til en topp, med en nøkkelforskjell. Når toppene snurrer på plass, kan de rotere til høyre eller venstre. Elektroner kan oppføre seg som om de roterer i begge retninger samtidig. Dette er en kvantefunksjon som kalles superposisjon. Å være i to tilstander samtidig gjør elektroner til gode kandidater for spinn-qubits. Spin qubits trenger et passende materiale for å huse, kontrollere og oppdage dem, samt lese ut informasjon i dem. Med det i tankene valgte teamet å undersøke et nanomateriale som kun er laget av karbonatomer, har en hul rørformet form og har en tykkelse på bare omtrent en nanometer, eller en milliarddels meter, omtrent 100,000 XNUMX ganger tynnere enn bredden på en menneskehår. "Disse karbon nanorørene er vanligvis noen få mikrometer lange," sa Xuedan Ma. "De er stort sett fri for fluktuerende kjernefysiske spinn som vil forstyrre elektronets spinn og redusere koherenstiden." Ma er vitenskapsmann ved Argonne's Center for Nanoscale Materials (CNM), et brukeranlegg for DOE Office of Science. Hun har også ansettelser ved Pritzker School of Molecular Engineering ved University of Chicago og Northwestern-Argonne Institute of Science and Engineering ved Northwestern University. Problemet laget sto overfor er det karbon nanorør i seg selv kan ikke opprettholde et spinnende elektron på ett sted. Den beveger seg rundt nanorøret. Tidligere forskere har satt inn elektroder nanometer fra hverandre for å begrense et spinnende elektron mellom dem. Men denne ordningen er klumpete, dyr og utfordrende å skalere opp. Det nåværende teamet utviklet en måte å eliminere behovet for elektroder eller andre nanoskalaenheter for å begrense elektronet. I stedet endrer de kjemisk atomstrukturen i et karbon-nanorør på en måte som fanger et spinnende elektron til ett sted. "Til stor glede skaper vår kjemiske modifikasjonsmetode en utrolig stabil spinn-qubit i et karbon-nanorør," sa kjemiker Jia-Shiang Chen. Chen er medlem av både CNM og en postdoktor ved Center for Molecular Quantum Transduction ved Northwestern University. Teamets testresultater avslørte rekordlange koherenstider sammenlignet med systemer laget på andre måter - 10 mikrosekunder. Gitt deres lille størrelse, kan teamets spin qubit-plattform lettere integreres i kvanteenheter og tillater mange mulige måter å lese ut kvanteinformasjonen. Dessuten er karbonrørene veldig fleksible og deres vibrasjoner kan brukes til å lagre informasjon fra qubiten. "Det er en lang vei fra vår spinn-qubit i et karbon-nanorør til praktiske teknologier, men dette er et stort tidlig skritt i den retningen," sa Ma.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• kilde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62511.php