Углеродные нанотрубки идеально подходят для вращения квантовых битов

06 марта 2023 г. (Новости Наноуэрк) Ученые яростно соревнуются в превращении парадоксальных открытий о квантовой сфере из прошлого века в технологии будущего. Строительным блоком в этих технологиях является квантовый бит или кубит. В стадии разработки находится несколько различных типов, в том числе те, в которых используются дефекты в симметричных структурах алмаза и кремния. Однажды они могут преобразовать вычислительную технику, ускорить открытие лекарств, создать сети, которые невозможно взломать, и многое другое. Работая с исследователями из нескольких университетов, ученые из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) открыли метод внедрения вращающихся электронов в качестве кубитов в наноматериал-хозяин (Природа связи, «Долгоживущие электронные спиновые кубиты в однослойных углеродных нанотрубках»). Результаты их испытаний показали рекордно долгое время когерентности — ключевое свойство любого практического кубита, поскольку оно определяет количество квантовых операций, которые могут быть выполнены за время жизни кубита. Художественное изображение химически модифицированной углеродной нанотрубки, содержащей вращающийся электрон в качестве кубита. (Изображение: Аргоннская национальная лаборатория) Электроны обладают свойством, аналогичным вращению волчка, но с одним ключевым отличием. Когда волчки вращаются на месте, они могут вращаться вправо или влево. Электроны могут вести себя так, как если бы они вращались в обоих направлениях одновременно. Это квантовая особенность, называемая суперпозицией. Нахождение в двух состояниях одновременно делает электроны хорошими кандидатами на роль спиновых кубитов. Спиновым кубитам нужен подходящий материал для их размещения, контроля и обнаружения, а также для считывания с них информации. Имея это в виду, команда решила исследовать наноматериал, который состоит только из атомов углерода, имеет полую трубчатую форму и имеет толщину всего около одного нанометра или миллиардной доли метра, что примерно в 100,000 XNUMX раз тоньше, чем ширина человеческая прическа. «Эти углеродные нанотрубки обычно имеют длину несколько микрометров», — сказал Сюэдань Ма. «Они в основном свободны от флуктуирующих ядерных спинов, которые мешали бы вращению электрона и уменьшали время его когерентности». Ма — ученый из Аргоннского центра наноразмерных материалов (CNM), пользовательского учреждения Управления науки Министерства энергетики США. Она также работает в Притцкеровской школе молекулярной инженерии Чикагского университета и в Северо-Западном Аргоннском институте науки и техники Северо-Западного университета. Проблема, с которой столкнулась команда, заключается в том, что углеродные нанотрубки сами по себе не могут поддерживать вращающийся электрон на одном месте. Он движется по нанотрубке. Прошлые исследователи вставляли электроды на расстоянии нанометров друг от друга, чтобы удерживать между ними вращающийся электрон. Но эта схема громоздкая, дорогая и сложная для масштабирования. Нынешняя команда разработала способ устранить необходимость в электродах или других наноразмерных устройствах для удержания электрона. Вместо этого они химически изменяют атомную структуру углеродной нанотрубки таким образом, что вращающийся электрон захватывается в одном месте. «К нашему большому удовольствию, наш метод химической модификации создает невероятно стабильный спиновый кубит в углеродной нанотрубке», — сказал химик Цзя-Шианг Чен. Чен является членом CNM и научным сотрудником с докторской степенью в Центре молекулярно-квантовой трансдукции Северо-Западного университета. Результаты испытаний группы выявили рекордно долгое время когерентности по сравнению с системами, созданными другими способами — 10 микросекунд. Учитывая их небольшой размер, платформу спиновых кубитов легче интегрировать в квантовые устройства, и она позволяет использовать множество возможных способов считывания квантовой информации. Кроме того, углеродные трубки очень гибкие, и их вибрации можно использовать для хранения информации от кубита. «От нашего спинового кубита в углеродной нанотрубке до практических технологий далеко, но это большой первый шаг в этом направлении», — сказал Ма.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62511.php