Nanorurki węglowe są idealnym miejscem do obracania bitów kwantowych

06 marca 2023 (Wiadomości Nanowerk) Naukowcy energicznie konkurują, aby przekształcić sprzeczne z intuicją odkrycia dotyczące sfery kwantowej sprzed stu lat w technologie przyszłości. Elementem składowym tych technologii jest bit kwantowy lub kubit. Opracowywanych jest kilka różnych rodzajów, w tym te, które wykorzystują defekty w symetrycznych strukturach diamentu i krzemu. Mogą pewnego dnia przekształcić informatykę, przyspieszyć odkrywanie leków, wygenerować niemożliwe do zhakowania sieci i nie tylko. Współpracując z naukowcami z kilku uniwersytetów, naukowcy z Narodowego Laboratorium Argonne Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (DOE) odkryli metodę wprowadzania wirujących elektronów jako kubitów do nanomateriału macierzystego (Nature Communications, „Długożyjące elektroniczne kubity spinowe w jednościennych nanorurkach węglowych”). Wyniki ich testów ujawniły rekordowo długie czasy koherencji – kluczową właściwość każdego praktycznego kubitu, ponieważ określa ona liczbę operacji kwantowych, które można wykonać w czasie życia kubitu. Artystyczne renderowanie chemicznie modyfikowanej nanorurki węglowej zawierającej wirujący elektron jako kubit. (Zdj.: Argonne National Laboratory) Elektrony mają właściwość analogiczną do wirowania bączka, z kluczową różnicą. Kiedy blaty obracają się w miejscu, mogą obracać się w prawo lub w lewo. Elektrony mogą zachowywać się tak, jakby obracały się w obu kierunkach jednocześnie. Jest to cecha kwantowa zwana superpozycją. Bycie w dwóch stanach jednocześnie sprawia, że ​​elektrony są dobrymi kandydatami na kubity spinowe. Kubity wirujące potrzebują odpowiedniego materiału, aby je pomieścić, kontrolować i wykrywać, a także odczytywać z nich informacje. Mając to na uwadze, zespół postanowił zbadać nanomateriał, który składa się wyłącznie z atomów węgla, ma wydrążony cylindryczny kształt i grubość zaledwie około jednego nanometra, czyli jednej miliardowej metra, czyli około 100,000 XNUMX razy cieńszy niż szerokość ludzki włos. „Te nanorurki węglowe mają zazwyczaj długość kilku mikrometrów” – powiedział Xuedan Ma. „Są w większości wolne od fluktuacji spinów jądrowych, które mogłyby zakłócać spin elektronu i skracać jego czas koherencji”. Ma jest naukowcem w Argonne's Center for Nanoscale Materials (CNM), ośrodku użytkownika DOE Office of Science. Zajmuje również stanowiska w Pritzker School of Molecular Engineering na Uniwersytecie w Chicago i Northwestern-Argonne Institute of Science and Engineering na Northwestern University. Problem, przed którym stanął zespół, polega na tym nanorurki węglowe same nie mogą utrzymać wirującego elektronu w jednym miejscu. Porusza się wokół nanorurki. Wcześniejsi badacze wstawiali elektrody oddalone od siebie o nanometry, aby uwięzić między nimi wirujący elektron. Ale ten układ jest nieporęczny, drogi i trudny do skalowania. Obecny zespół opracował sposób na wyeliminowanie konieczności stosowania elektrod lub innych nanoskalowych urządzeń do ograniczania elektronu. Zamiast tego chemicznie zmieniają strukturę atomową nanorurki węglowej w sposób, który zatrzymuje wirujący elektron w jednym miejscu. „Ku naszemu wielkiemu zadowoleniu, nasza metoda modyfikacji chemicznej tworzy niezwykle stabilny kubit wirujący w nanorurce węglowej” – powiedział chemik Jia-Shiang Chen. Chen jest członkiem zarówno CNM, jak i doktorem habilitowanym w Centre for Molecular Quantum Transduction na Northwestern University. Wyniki testów zespołu wykazały rekordowo długie czasy koherencji w porównaniu z systemami wykonanymi innymi sposobami — 10 mikrosekund. Biorąc pod uwagę ich niewielki rozmiar, platforma kubitów spinowych zespołu może być łatwiej zintegrowana z urządzeniami kwantowymi i pozwala na wiele możliwych sposobów odczytywania informacji kwantowych. Ponadto rurki węglowe są bardzo elastyczne, a ich wibracje można wykorzystać do przechowywania informacji z kubitu. „Od naszego kubitu spinowego w nanorurce węglowej do praktycznych technologii jest długa droga, ale jest to duży wczesny krok w tym kierunku” – powiedział Ma.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62511.php