Вуглецеві нанотрубки є ідеальним домом для обертання квантових біт

06 березня 2023 (Новини Nanowerk) Вчені активно змагаються, щоб перетворити суперечливі відкриття про квантову сферу минулого століття в технології майбутнього. Будівельним блоком у цих технологіях є квантовий біт, або кубіт. Кілька різних типів знаходяться на стадії розробки, у тому числі ті, які використовують дефекти всередині симетричних структур алмазу та кремнію. Одного дня вони можуть трансформувати обчислення, прискорити відкриття ліків, створити мережі, які неможливо зламати, тощо. Працюючи з дослідниками з кількох університетів, вчені з Аргонської національної лабораторії Міністерства енергетики США (DOE) виявили метод введення обертових електронів у вигляді кубітів у основний наноматеріал (Природа зв'язку, «Довгоживучі електронні спінові кубіти в одностінних вуглецевих нанотрубках»). Результати їх випробувань виявили рекордно тривалий час когерентності — ключову властивість будь-якого практичного кубіта, оскільки вона визначає кількість квантових операцій, які можна виконати за час життя кубіта. Художня візуалізація хімічно модифікованої вуглецевої нанотрубки, яка містить обертовий електрон як кубіт. (Зображення: Аргонська національна лабораторія) Електрони мають властивість, аналогічну обертанню вершини, але з ключовою відмінністю. Коли вершини обертаються на місці, вони можуть обертатися праворуч або ліворуч. Електрони можуть поводитися так, ніби вони обертаються в обох напрямках одночасно. Це квантова особливість, яка називається суперпозицією. Перебування електронів у двох станах одночасно робить їх хорошими кандидатами на спінові кубіти. Спінові кубіти потребують відповідного матеріалу для розміщення, контролю та виявлення, а також зчитування інформації в них. Маючи це на увазі, команда вирішила дослідити наноматеріал, який виготовлений лише з атомів вуглецю, має порожнисту трубчасту форму та має товщину лише близько одного нанометра, або мільярдну частку метра, що приблизно в 100,000 XNUMX разів менше, ніж ширина людське волосся. «Ці вуглецеві нанотрубки зазвичай мають кілька мікрометрів у довжину», — сказав Сюедан Ма. «Вони здебільшого вільні від флуктуаційних ядерних спінів, які б заважали спіну електрона та зменшували час його когерентності». Ма є вченим у Аргоннському центрі нанорозмірних матеріалів (CNM), призначеному для користувачів наукового офісу DOE. Вона також працює в Прітцкерівській школі молекулярної інженерії Чиказького університету та Північно-Західному Аргоннському науково-технічному інституті Північно-Західного університету. Проблема, з якою зіткнулася команда, така вуглецеві нанотрубки самі по собі не можуть утримувати обертовий електрон на одному місці. Він рухається навколо нанотрубки. У минулому дослідники вставляли електроди на відстані нанометрів один від одного, щоб утримати між ними обертовий електрон. Але цей механізм є громіздким, дорогим і складним для розширення. Нинішня команда винайшла спосіб усунути потребу в електродах або інших нанорозмірних пристроях для утримання електронів. Натомість вони хімічно змінюють атомну структуру вуглецевої нанотрубки таким чином, що обертовий електрон затримується в одному місці. «На наше задоволення, наш метод хімічної модифікації створює неймовірно стабільний спіновий кубіт у вуглецевій нанотрубці», — сказав хімік Цзя-Шіанг Чен. Чень є членом CNM і постдокторантом у Центрі молекулярної квантової трансдукції Північно-Західного університету. Результати випробувань команди виявили рекордно тривалий час когерентності порівняно з системами, створеними іншими засобами — 10 мікросекунд. Враховуючи їхній невеликий розмір, платформу спінових кубітів команди можна легше інтегрувати в квантові пристрої та дозволяє багато можливих способів зчитування квантової інформації. Крім того, вуглецеві трубки дуже гнучкі, і їх вібрації можна використовувати для зберігання інформації з кубіта. «Від нашого спінового кубіта у вуглецевій нанотрубці до практичних технологій ще далеко, але це великий ранній крок у цьому напрямку», — сказав Ма.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62511.php