碳纳米管是旋转量子比特的理想家园

06 年 2023 月 XNUMX 日 (Nanowerk新闻) 科学家们正在积极竞争，将一个世纪前关于量子领域的违反直觉的发现转化为未来的技术。 这些技术的构建模块是量子比特。 几种不同的类型正在开发中，包括利用金刚石和硅的对称结构内的缺陷的类型。 它们有一天可能会改变计算、加速药物发现、生成无法破解的网络等等。 美国能源部 (DOE) 阿贡国家实验室的科学家与多所大学的研究人员合作，发现了一种在宿主纳米材料中引入旋转电子作为量子位的方法。自然通讯, “单壁碳纳米管中的长寿命电子自旋量子位”）。 他们的测试结果显示了创纪录的长相干时间——这是任何实际量子位的关键属性，因为它定义了量子位生命周期内可以执行的量子操作的数量。 化学改性碳纳米管的艺术渲染，将旋转电子作为量子位。 （图片：阿贡国家实验室）电子具有类似于陀螺旋转的特性，但有一个关键区别。 当陀螺旋转到位时，它们可以向右或向左旋转。 电子的行为就像它们同时在两个方向上旋转一样。 这是一种称为叠加的量子特征。 同时处于两种状态使得电子成为自旋量子位的良好候选者。 自旋量子位需要合适的材料来容纳、控制和检测它们，以及读出其中的信息。 考虑到这一点，该团队选择研究一种仅由碳原子制成的纳米材料，具有空心管状形状，厚度仅为约一纳米，即十亿分之一米，大约比宽度薄十万倍。人的头发。 “这些碳纳米管通常有几微米长，”马学丹说。 â�<“它们大多没有波动的核自旋，这些核自旋会干扰电子的自旋并减少其相干时间。” 马是美国能源部科学办公室用户设施阿贡纳米材料中心 (CNM) 的科学家。 她还在芝加哥大学普利兹克分子工程学院和西北大学西北阿贡科学与工程学院任职。 团队面临的问题是 碳纳米管 它们本身无法在一个位置维持旋转电子。 它围绕纳米管移动。 过去的研究人员插入了间隔纳米级的电极，以将旋转的电子限制在它们之间。 但这种布置体积庞大、成本高昂且难以扩大规模。 目前的团队设计了一种方法来消除对电极或其他纳米级设备来限制电子的需要。 相反，它们以化学方式改变碳纳米管中的原子结构，将旋转的电子捕获到一个位置。 “令我们非常满意的是，我们的化学修饰方法在碳纳米管中创造了极其稳定的自旋量子位，”化学家陈嘉祥说。 陈博士是CNM会员，也是西北大学分子量子传导中心的博士后学者。 该团队的测试结果显示，与其他方法制造的系统相比，相干时间达到了创纪录的长值——10 微秒。 鉴于其尺寸较小，该团队的自旋量子位平台可以更轻松地集成到量子设备中，并允许多种可能的方式读取量子信息。 此外，碳管非常灵活，它们的振动可用于存储来自量子位的信息。 “从我们的碳纳米管自旋量子位到实用技术还有很长的路要走，但这是朝这个方向迈出的一大步，”马说。

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• Sumber: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62511.php