Новое понимание сверхпроводящих процессов

Источник «ECONET» / фото - «econet.ua» 12.02.2020 09:50

Разработка квантового компьютера, способного решать проблемы, которые классические компьютеры могут решать только с большими усилиями или вообще не решать - это цель, которую в настоящее время преследует постоянно растущее число исследовательских групп по всему миру. Причина: квантовые эффекты, которые происходят из мира мельчайших частиц и структур, дают возможность многим новым технологическим применениям.

Так называемые сверхпроводники, которые позволяют обрабатывать информацию и сигналы в соответствии с законами квантовой механики, считаются перспективными компонентами для реализации квантовых компьютеров. Однако камнем преткновения для сверхпроводящих наноструктур является то, что они функционируют только при очень низких температурах и, следовательно, их трудно применять на практике.

Исследователи из Университета Мюнстера и Юлихского исследовательского центра впервые продемонстрировали то, что известно как квантование энергии в нанопроводах, изготовленных из высокотемпературных сверхпроводников, в которых температура опускается ниже, чем проявляются квантовомеханические эффекты. В этом случае сверхпроводящая нанопроволока принимает только выбранные энергетические состояния, которые можно использовать для кодирования информации. В высокотемпературных сверхпроводниках исследователи также впервые смогли наблюдать поглощение одиночного фотона, легкой частицы, которая служит для передачи информации.

"С одной стороны, наши результаты могут способствовать использованию значительно упрощенной технологии охлаждения в квантовых технологиях в будущем, а с другой стороны, они дают нам совершенно новое понимание процессов, управляющих сверхпроводящими состояниями и их динамикой, которые все еще остаются не изученными", - подчеркивает руководитель исследования Карстен Шук из Института физики Мюнстерского университета. Таким образом, результаты могут иметь отношение к разработке новых типов компьютерных технологий. Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.

Ученые использовали сверхпроводники, изготовленные из элементов иттрия, бария, оксида меди и кислорода, или сокращенно YBCO, из которых они изготовили провода толщиной в несколько нанометров. Когда эти структуры проводят электрический ток, возникает физическая динамика, называемая «сдвигом фаз». В случае нанопроволок YBCO флуктуации плотности носителей заряда вызывают изменения в сверхтоке.

Исследователи изучили процессы в нанопроводах при температуре ниже 20 Кельвин, что соответствует минус 253 градусам Цельсия. В сочетании с расчетами они продемонстрировали квантование энергетических состояний в нанопроводах. Температура, при которой проволоки входили в квантовое состояние, находилась на уровне от 12 до 13 Кельвинов - температура в несколько сотен раз выше, чем температура, необходимая для обычно используемых материалов. Это позволило ученым создать резонаторы, то есть колебательные системы, настроенные на конкретные частоты, с гораздо более длительным сроком службы и поддерживать квантово-механические состояния дольше. Это является предпосылкой для долгосрочного развития более крупных квантовых компьютеров.

Другими важными компонентами для развития квантовых технологий, а также для медицинской диагностики, являются детекторы, которые могут регистрировать даже один фотон. Исследовательская группа Карстена Шука в Мюнстерском университете уже несколько лет работает над созданием таких однофотонных детекторов на основе сверхпроводников. То, что уже хорошо работает при низких температурах, ученые всего мира пытаются достичь с помощью высокотемпературных сверхпроводников на протяжении более десяти лет. В нанопроволоках YBCO, использованных для исследования, эта попытка была впервые успешной. «Наши новые открытия дают путь для новых экспериментально проверяемых теоретических описаний и технологических разработок», - говорит соавтор Мартин Вольф из исследовательской группы Шука.

Новость на сайте «ECONET» / Интересные / 2020-02-12T09:50:00+03:00 / 405

Другие новости / Интересные

Интересные