Nanotubul de carbon este locul ideal pentru rotirea biților cuantici

06 martie 2023 (Știri Nanowerk) Oamenii de știință concurează puternic pentru a transforma descoperirile contraintuitive despre domeniul cuantic dintr-un secol trecut în tehnologii ale viitorului. Elementul de bază al acestor tehnologii este bitul cuantic sau qubitul. Mai multe tipuri diferite sunt în curs de dezvoltare, inclusiv cele care utilizează defecte în structurile simetrice ale diamantului și siliciului. Ele ar putea într-o zi să transforme computerele, să accelereze descoperirea medicamentelor, să genereze rețele inaccesibile și multe altele. Lucrând cu cercetători de la mai multe universități, oamenii de știință de la Laboratorul Național Argonne al Departamentului de Energie al SUA (DOE) au descoperit o metodă de introducere a electronilor în rotație ca qubiți într-un nanomaterial gazdă (Natura Comunicaţii, „Qubiți de spin electronic cu viață lungă în nanotuburi de carbon cu un singur perete”). Rezultatele testelor lor au dezvăluit timpi de coerență record - proprietatea cheie pentru orice qubit practic, deoarece definește numărul de operații cuantice care pot fi efectuate pe durata de viață a qubitului. Redare artistică a nanotubului de carbon modificat chimic care găzduiește un electron în rotație ca qubit. (Imagine: Laboratorul Național Argonne) Electronii au o proprietate analogă cu rotația unui vârf, cu o diferență cheie. Când vârfurile se rotesc pe loc, se pot roti la dreapta sau la stânga. Electronii se pot comporta ca și cum s-ar fi rotit în ambele direcții în același timp. Aceasta este o caracteristică cuantică numită suprapunere. Fiind în două stări în același timp, electronii sunt buni candidați pentru qubiții de spin. Spin qubits au nevoie de un material adecvat pentru a-i adăposti, controla și detecta, precum și pentru a citi informațiile din ei. Având în vedere acest lucru, echipa a ales să investigheze un nanomaterial care este format numai din atomi de carbon, are o formă tubulară goală și are o grosime de numai aproximativ un nanometru, sau o miliardime de metru, de aproximativ 100,000 de ori mai subțire decât lățimea unui păr de om. „Aceste nanotuburi de carbon au de obicei câțiva micrometri lungime”, a spus Xuedan Ma. „În mare parte, sunt lipsiți de spinuri nucleare fluctuante care ar interfera cu spinul electronului și ar reduce timpul de coerență al acestuia.” Ma este un om de știință la Centrul Argonne pentru Materiale la scară nanometrică (CNM), o facilitate pentru utilizatori DOE Office of Science. Ea deține, de asemenea, funcții la Pritzker School of Molecular Engineering de la Universitatea din Chicago și Northwestern-Argonne Institute of Science and Engineering de la Northwestern University. Problema cu care s-a confruntat echipa este aceea nanotuburi de carbon prin ele însele nu pot menține un electron în rotație la un loc. Se mișcă în jurul nanotubului. Cercetătorii din trecut au introdus electrozi la distanță de nanometri pentru a limita un electron care se învârte între ei. Dar acest aranjament este voluminos, costisitor și dificil de extins. Echipa actuală a conceput o modalitate de a elimina necesitatea electrozilor sau a altor dispozitive la scară nanometrică pentru limitarea electronului. În schimb, ei modifică chimic structura atomică dintr-un nanotub de carbon într-un mod care prinde un electron care se învârte într-o singură locație. „Spre mulțumirea noastră, metoda noastră de modificare chimică creează un qubit de spin incredibil de stabil într-un nanotub de carbon”, a spus chimistul Jia-Shiang Chen. Chen este membru atât al CNM, cât și un savant postdoctoral în Centrul pentru Transducție Cuantică Moleculară de la Universitatea Northwestern. Rezultatele testelor echipei au relevat timpi record de coerență în comparație cu cei ai sistemelor realizate prin alte mijloace – 10 microsecunde. Având în vedere dimensiunea lor mică, platforma spin qubit a echipei poate fi integrată mai ușor în dispozitivele cuantice și permite multe modalități posibile de a citi informațiile cuantice. De asemenea, tuburile de carbon sunt foarte flexibile, iar vibrațiile lor pot fi folosite pentru a stoca informații de la qubit. „Este o cale lungă de la qubit-ul nostru de spin într-un nanotub de carbon până la tehnologii practice, dar acesta este un pas mare și timpuriu în această direcție”, a spus Ma.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62511.php