ท่อนาโนคาร์บอนเป็นบ้านที่เหมาะสำหรับการหมุนควอนตัมบิต

06 มี.ค. 2023 (ข่าวนาโนเวิร์ค) นักวิทยาศาสตร์กำลังแข่งขันกันอย่างจริงจังเพื่อเปลี่ยนการค้นพบที่ต่อต้านโดยสัญชาตญาณเกี่ยวกับอาณาจักรควอนตัมจากศตวรรษที่ผ่านมาให้เป็นเทคโนโลยีแห่งอนาคต องค์ประกอบสำคัญของเทคโนโลยีเหล่านี้คือควอนตัมบิตหรือคิวบิต หลายประเภทอยู่ระหว่างการพัฒนา รวมถึงประเภทที่ใช้ข้อบกพร่องภายในโครงสร้างสมมาตรของเพชรและซิลิกอน วันหนึ่งพวกเขาอาจเปลี่ยนระบบคอมพิวเตอร์ เร่งการค้นพบยา สร้างเครือข่ายที่แฮ็กไม่ได้ และอื่นๆ อีกมากมาย การทำงานร่วมกับนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยหลายแห่ง นักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Argonne ของกระทรวงพลังงานสหรัฐ (DOE) ได้ค้นพบวิธีการแนะนำอิเล็กตรอนแบบหมุนเป็นคิวบิตในวัสดุนาโนของโฮสต์ (การสื่อสารธรรมชาติ, “qubits สปินอิเล็กทรอนิกส์ที่มีอายุการใช้งานยาวนานในท่อนาโนคาร์บอนผนังชั้นเดียว”). ผลการทดสอบเผยให้เห็นเวลาในการเชื่อมโยงที่ยาวนานเป็นประวัติการณ์ ซึ่งเป็นคุณสมบัติหลักสำหรับ qubit ที่ใช้งานได้จริง เพราะมันกำหนดจำนวนของการดำเนินการควอนตัมที่สามารถทำได้ตลอดอายุการใช้งานของ qubit การเรนเดอร์อย่างมีศิลปะของท่อนาโนคาร์บอนดัดแปลงทางเคมีซึ่งมีอิเล็กตรอนหมุนเป็นคิวบิต (ภาพ: Argonne National Laboratory) อิเล็กตรอนมีคุณสมบัติคล้ายกับการหมุนของลูกข่าง โดยมีความแตกต่างที่สำคัญ เมื่อลูกข่างหมุนเข้าที่ ลูกข่างจะหมุนไปทางขวาหรือซ้ายก็ได้ อิเลคตรอนสามารถแสดงพฤติกรรมได้ราวกับว่าพวกมันกำลังหมุนทั้งสองทิศทางพร้อมกัน นี่คือคุณสมบัติควอนตัมที่เรียกว่าการซ้อนทับ การอยู่ในสองสถานะในเวลาเดียวกันทำให้อิเล็กตรอนเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับสปินคิวบิต Spin qubits ต้องการวัสดุที่เหมาะสมในการจัดเก็บ ควบคุม และตรวจจับ รวมถึงอ่านข้อมูลในนั้น ด้วยเหตุนี้ ทีมงานจึงเลือกที่จะตรวจสอบวัสดุนาโนที่ทำจากอะตอมของคาร์บอนเท่านั้น มีรูปร่างเป็นท่อกลวง และมีความหนาเพียงประมาณ 100,000 นาโนเมตร หรือหนึ่งในพันล้านเมตร ซึ่งบางกว่าความกว้างประมาณ XNUMX เท่า ผมมนุษย์. “ท่อนาโนคาร์บอนเหล่านี้มักมีความยาวไม่กี่ไมโครเมตร” Xuedan Ma กล่าว “พวกมันส่วนใหญ่ไม่มีการหมุนของนิวเคลียร์ที่ผันผวนซึ่งจะรบกวนการหมุนของอิเล็กตรอนและลดเวลาในการเชื่อมโยงกัน” หม่าเป็นนักวิทยาศาสตร์ในศูนย์วัสดุระดับนาโน (CNM) ของ Argonne ซึ่งเป็นหน่วยงานผู้ใช้สำนักงานวิทยาศาสตร์ของ DOE เธอยังมีนัดหมายที่ Pritzker School of Molecular Engineering ที่มหาวิทยาลัยชิคาโกและสถาบันวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม Northwestern-Argonne ที่มหาวิทยาลัย Northwestern ปัญหาที่ทีมเจอก็คือ ท่อนาโนคาร์บอน โดยตัวมันเองไม่สามารถรักษาอิเล็กตรอนที่หมุนวนไว้ที่ตำแหน่งเดียวได้ มันเคลื่อนที่รอบท่อนาโน นักวิจัยในอดีตได้ใส่นาโนเมตรของอิเล็กโทรดออกจากกันเพื่อจำกัดอิเล็กตรอนที่หมุนวนระหว่างกัน แต่การจัดเรียงนี้มีขนาดใหญ่ มีราคาแพง และท้าทายในการขยายขนาด ทีมงานในปัจจุบันได้คิดค้นวิธีที่จะขจัดความจำเป็นในการใช้อิเล็กโทรดหรืออุปกรณ์ระดับนาโนอื่นๆ ในการจำกัดอิเล็กตรอน ในทางกลับกัน พวกเขาเปลี่ยนโครงสร้างอะตอมทางเคมีในท่อนาโนคาร์บอนในลักษณะที่ดักจับอิเล็กตรอนที่หมุนวนไปยังตำแหน่งเดียว Jia-Shiang Chen นักเคมีกล่าว Chen เป็นสมาชิกของทั้ง CNM และนักวิชาการหลังปริญญาเอกใน Center for Molecular Quantum Transduction ที่ Northwestern University ผลการทดสอบของทีมเผยให้เห็นเวลาในการเชื่อมโยงกันที่ยาวนานเป็นประวัติการณ์เมื่อเทียบกับระบบที่สร้างโดยวิธีอื่น — 10 ไมโครวินาที ด้วยขนาดที่เล็ก แพลตฟอร์มควอนตัมแบบสปินของทีมจึงสามารถรวมเข้ากับอุปกรณ์ควอนตัมได้ง่ายขึ้น และทำให้สามารถอ่านข้อมูลควอนตัมได้หลายวิธี นอกจากนี้ ท่อคาร์บอนยังมีความยืดหยุ่นสูงและสามารถใช้แรงสั่นสะเทือนเพื่อเก็บข้อมูลจากคิวบิตได้ “มันเป็นหนทางอีกยาวไกลจากการหมุน qubit ของเราในท่อนาโนคาร์บอนไปจนถึงเทคโนโลยีที่ใช้งานได้จริง แต่นี่เป็นก้าวแรกที่สำคัญในทิศทางนั้น” Ma กล่าว

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62511.php