Ống nano carbon là ngôi nhà lý tưởng để quay các bit lượng tử

06/2023/XNUMX (Tin tức Nanowerk) Các nhà khoa học đang cạnh tranh mạnh mẽ để biến những khám phá phản trực giác về lĩnh vực lượng tử từ một thế kỷ trước thành công nghệ của tương lai. Khối xây dựng trong các công nghệ này là bit lượng tử hoặc qubit. Một số loại khác nhau đang được phát triển, bao gồm cả những loại sử dụng các khuyết tật trong cấu trúc đối xứng của kim cương và silicon. Một ngày nào đó, họ có thể biến đổi điện toán, tăng tốc khám phá thuốc, tạo ra các mạng không thể bị tấn công và hơn thế nữa. Làm việc với các nhà nghiên cứu từ một số trường đại học, các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) đã phát hiện ra một phương pháp đưa các electron quay dưới dạng qubit vào vật liệu nano chủ (Nature Communications, “Các qubit spin điện tử tồn tại lâu dài trong các ống nano carbon đơn vách”). Kết quả thử nghiệm của họ cho thấy thời gian kết hợp dài kỷ lục — thuộc tính quan trọng đối với bất kỳ qubit thực tế nào vì nó xác định số lượng hoạt động lượng tử có thể được thực hiện trong vòng đời của qubit. Kết xuất nghệ thuật của ống nano carbon biến đổi hóa học lưu trữ một electron quay dưới dạng qubit. (Hình ảnh: Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne) Các electron có tính chất tương tự như spin của một đỉnh, với một điểm khác biệt chính. Khi ngọn quay tại chỗ, chúng có thể xoay sang phải hoặc trái. Các electron có thể hoạt động như thể chúng đang quay theo cả hai hướng cùng một lúc. Đây là một tính năng lượng tử được gọi là chồng chất. Ở hai trạng thái cùng lúc khiến các electron trở thành ứng cử viên sáng giá cho các qubit spin. Qubit spin cần một vật liệu phù hợp để chứa, kiểm soát và phát hiện chúng, cũng như đọc thông tin trong đó. Với suy nghĩ đó, nhóm nghiên cứu đã chọn nghiên cứu một loại vật liệu nano chỉ được tạo ra từ các nguyên tử carbon, có dạng hình ống rỗng và có độ dày chỉ khoảng một nanomet, hoặc một phần tỷ mét, mỏng hơn khoảng 100,000 lần so với chiều rộng của một tóc người. Xuedan Ma cho biết: “Những ống nano carbon này thường dài vài micromet. “Chúng hầu như không có spin hạt nhân dao động có thể cản trở spin của electron và giảm thời gian kết hợp của nó.” Ma là một nhà khoa học tại Trung tâm Vật liệu nano (CNM) của Argonne, một cơ sở người dùng của Văn phòng Khoa học DOE. Cô cũng giữ các cuộc hẹn tại Trường Kỹ thuật Phân tử Pritzker tại Đại học Chicago và Viện Khoa học và Kỹ thuật Tây Bắc-Argonne tại Đại học Tây Bắc. Vấn đề mà nhóm gặp phải là ống nano carbon tự chúng không thể duy trì một electron quay tại một vị trí. Nó di chuyển xung quanh ống nano. Các nhà nghiên cứu trước đây đã chèn các điện cực cách nhau vài nanomet để giam giữ một electron quay giữa chúng. Nhưng sự sắp xếp này cồng kềnh, tốn kém và khó mở rộng quy mô. Nhóm nghiên cứu hiện tại đã nghĩ ra một cách để loại bỏ sự cần thiết của các điện cực hoặc các thiết bị kích thước nano khác để giam giữ electron. Thay vào đó, họ thay đổi về mặt hóa học cấu trúc nguyên tử trong ống nano carbon theo cách bẫy một electron quay vào một vị trí. Nhà hóa học Jia-Shiang Chen cho biết: “Chúng tôi rất hài lòng, phương pháp biến đổi hóa học của chúng tôi tạo ra một qubit spin cực kỳ ổn định trong ống nano carbon. Chen là thành viên của cả CNM và là học giả sau tiến sĩ tại Trung tâm Truyền tải Lượng tử Phân tử tại Đại học Tây Bắc. Kết quả thử nghiệm của nhóm cho thấy thời gian kết hợp dài kỷ lục so với thời gian của các hệ thống được tạo ra bằng các phương tiện khác — 10 micro giây. Với kích thước nhỏ, nền tảng qubit spin của nhóm có thể được tích hợp dễ dàng hơn vào các thiết bị lượng tử và cho phép nhiều cách khả thi để đọc thông tin lượng tử. Ngoài ra, các ống carbon rất linh hoạt và rung động của chúng có thể được sử dụng để lưu trữ thông tin từ qubit. Ma cho biết: “Còn một chặng đường dài từ qubit spin của chúng ta trong ống nano carbon đến các công nghệ thực tế, nhưng đây là một bước tiến lớn ban đầu theo hướng đó.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62511.php