量子计算的突破-超导纳米线的能量量子化

时间:2020-02-18 18:46 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

量子计算的突破-超导纳米线的能量量子化

物理学家证明了高温超导体中的能量量子化。

量子计算机的发展可以解决经典计算机只能努力解决或根本解决不了的问题这是目前世界上越来越多的研究团队正在追求的目标。原因是:量子效应源于最小的粒子和结构,使许多新的技术应用成为可能。所谓的超导体可以根据量子力学的规律处理信息和信号,被认为是实现量子计算机的有前途的元件。然而,超导纳米结构的症结在于,它们只能在非常低的温度下工作,因此很难投入实际应用。

现在,马尔斯特大学和福寿斯中心的研究人员首次证明了由高温超导体制成的纳米线的能量量子化现象。即超导体,其温度升高到量子力学效应占优势的温度以下。然后超导纳米线假设只有选定的能态可以用来编码信息。在高温超导体中,研究人员还首次观察到了单光子的吸收,单光子是一种用于传输信息的光粒子。

量子计算的突破-超导纳米线的能量量子化

“;另一方面,我们的研究结果有助于大大简化冷却技术在量子技术的使用在未来,另一方面,他们给我们全新的见解的过程管理超导状态及其动态,这还不理解,”;该研究的负责人,马蒙斯特大学物理研究所的卡斯滕·舒克教授强调说。因此,这些结果可能与新型计算机技术的发展有关。这项研究发表在2020年2月7日的《自然通讯》杂志上。

背景和方法:

科学家们使用了由钇、钡、氧化铜和氧(简称YBCO)元素构成的超导体,从中制造了几根纳米细的导线。当这些结构传导电流时,称为相位滑移的物理动力学就会发生。在YBCO纳米线的情况下,电荷载流子密度的波动会引起超电流的变化。研究人员研究了温度低于20k(相当于零下253摄氏度)的纳米线的过程。结合模型计算,他们证明了纳米线中能量状态的量子化。电线进入量子态的温度是12到13开尔文温度比通常使用的材料所需要的温度高出几百倍。这使得科学家们能够制造出谐振器,即调谐到特定频率的振荡系统,具有更长的寿命,并能更长时间地保持量子力学状态。这是更大量子计算机长期发展的先决条件。

高温超导体中单个光子的吸收

对于量子技术的发展,以及潜在的医学诊断,更重要的组成部分是可以记录单光子的探测器。卡斯滕·施卡斯特大学的研究小组多年来一直致力于开发这种基于超导体的单光子探测器。十多年来,世界各地的科学家们一直试图用高温超导体来实现低温下的良好工作。在YBCO用于研究的纳米线中,这一尝试现在首次成功。“我们的新发现为新的实验验证的理论描述和技术发展铺平了道路,”来自Schuck研究小组的共同作者Martin Wolff说。

参考文献:yba2cu3o7x纳米线中相位滑移的能级量子化和单光子控制M. Lyatti, M. A. Wolff, I. Gundareva, M. Kruth, S. Ferrari, R. E. Dunin-Borkowski和C. Schuck, 2020年2月7日,《自然通讯》。

DOI: 10.1038 / s41467 - 020 - 14548 - x

在Julich实验室制备的超导薄膜在Julich实验室和Munster大学进行了纳米结构的研究,并进行了实验表征。

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