Ogljikove nanocevke so idealen dom za vrtenje kvantnih bitov

06. marec 2023 (Nanowerk novice) Znanstveniki močno tekmujejo, da bi preoblikovali protiintuitivna odkritja o kvantnem svetu iz preteklega stoletja v tehnologije prihodnosti. Gradnik teh tehnologij je kvantni bit ali qubit. V razvoju je več različnih vrst, vključno s tistimi, ki uporabljajo napake v simetričnih strukturah diamanta in silicija. Morda bodo nekega dne spremenili računalništvo, pospešili odkrivanje zdravil, ustvarili omrežja, ki jih ni mogoče vdreti, in še več. V sodelovanju z raziskovalci z več univerz so znanstveniki v Nacionalnem laboratoriju Argonne ameriškega ministrstva za energijo (DOE) odkrili metodo za uvedbo vrtečih se elektronov kot kubitov v gostiteljskem nanomaterialu (Nature Communications, "Dolgoživi elektronski spin kubiti v enostenskih ogljikovih nanocevkah"). Njihovi rezultati testiranja so razkrili rekordno dolge koherenčne čase - ključno lastnost katerega koli praktičnega kubita, saj določa število kvantnih operacij, ki jih je mogoče izvesti v življenjski dobi kubita. Umetniška upodobitev kemično modificirane ogljikove nanocevke, ki gosti vrteči se elektron kot kubit. (Slika: Argonne National Laboratory) Elektroni imajo lastnost, ki je podobna vrtenju vrha, s ključno razliko. Ko se vrhovi vrtijo na mestu, se lahko vrtijo v desno ali levo. Elektroni se lahko obnašajo, kot da bi se vrteli v obe smeri hkrati. To je kvantna lastnost, imenovana superpozicija. Ker so elektroni v dveh stanjih hkrati, so dobri kandidati za spin kubite. Spin kubiti potrebujejo ustrezen material za namestitev, nadzor in zaznavanje ter branje informacij v njih. S tem v mislih se je ekipa odločila raziskati nanomaterial, ki je narejen samo iz atomov ogljika, ima votlo cevasto obliko in ima debelino le približno en nanometer ali milijardo metra, kar je približno 100,000-krat tanjše od širine človeški lasje. "Te ogljikove nanocevke so običajno dolge nekaj mikrometrov," je dejal Xuedan Ma. "Večinoma nimajo nihajočih jedrskih vrtljajev, ki bi motili vrtenje elektrona in zmanjšali njegov koherentni čas." Ma je ​​znanstvenica v Argonnovem centru za materiale v nanometrskem merilu (CNM), uporabniškem objektu Urada za znanost DOE. Zaposlena je tudi na Pritzker School of Molecular Engineering na Univerzi v Chicagu in Northwestern-Argonne Institute of Science and Engineering na Northwestern University. Težava, s katero se sooča ekipa, je ta ogljikove nanocevke same po sebi ne morejo vzdrževati vrtečega se elektrona na enem mestu. Giblje se po nanocevki. Prejšnji raziskovalci so elektrode vstavili nanometrsko narazen, da bi med njimi omejili vrteči se elektron. Toda ta ureditev je obsežna, draga in zahtevna za povečevanje. Sedanja ekipa je zasnovala način, kako odpraviti potrebo po elektrodah ali drugih napravah v nanometrskem merilu za omejevanje elektronov. Namesto tega kemično spremenijo atomsko strukturo v ogljikovih nanocevkah na način, da ujamejo vrteči se elektron na eno mesto. »Na naše veliko zadovoljstvo naša metoda kemijske modifikacije ustvari neverjetno stabilen spin qubit v ogljikovi nanocevki,« je dejal kemik Jia-Shiang Chen. Chen je član CNM in podoktorski učenjak v Centru za molekularno kvantno transdukcijo na univerzi Northwestern. Rezultati testiranja ekipe so pokazali rekordno dolge koherenčne čase v primerjavi s tistimi pri sistemih, narejenih na druge načine – 10 mikrosekund. Glede na njihovo majhnost je platformo spin qubit ekipe lažje integrirati v kvantne naprave in omogoča veliko možnih načinov za branje kvantnih informacij. Poleg tega so ogljikove cevi zelo prilagodljive in njihove vibracije se lahko uporabljajo za shranjevanje informacij iz kubita. "Od našega spin kubita v ogljikovih nanocevkah do praktičnih tehnologij je daleč, vendar je to velik zgodnji korak v tej smeri," je dejal Ma.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62511.php