Przecław News

Informacje o Polsce. Wybierz tematy, o których chcesz dowiedzieć się więcej w Wiadomościach Przecławia.

Kandydaci na pamięć kwantową: zasady projektowania i syntezy

Kandydaci na pamięć kwantową: zasady projektowania i syntezy

W dążeniu do opracowania komputerów i sieci kwantowych istnieje wiele komponentów, które zasadniczo różnią się od tych używanych obecnie. Podobnie jak w przypadku nowoczesnych komputerów, każdy z tych komponentów ma inne ograniczenia. Jednak obecnie nie jest jasne, jakie materiały można wykorzystać do zbudowania tych komponentów do przesyłania i przechowywania informacji kwantowej.

W nowym badania Opublikowano w Journal of the American Chemical Society, University of Illinois Urbana-Champaign, profesor nauk o materiałach i inżynierii Daniel Szewc Absolwent Zachary Riedel wykorzystał obliczenia teorii funkcjonału gęstości (DFT) do zidentyfikowania potencjalnych związków europu (Eu), które mogą służyć jako nowa platforma pamięci kwantowej. Zsyntetyzowali także jeden z oczekiwanych związków – całkowicie nowy, stabilny w powietrzu materiał, który jest mocnym kandydatem do zastosowania w pamięci kwantowej – systemie przechowywania stanów kwantowych fotonów lub innych splątanych cząstek bez niszczenia informacji przechowywanej przez tę cząstkę .

„Problem, który próbujemy tutaj rozwiązać, polega na znalezieniu materiału, który może przechowywać informacje kwantowe przez długi czas” – mówi Shoemaker. „Jednym ze sposobów osiągnięcia tego jest użycie jonów metali ziem rzadkich”.

Pierwiastki ziem rzadkich, takie jak europ, znajdują się na dole układu okresowego i ze względu na ich unikalną strukturę atomową okazały się obiecujące do zastosowania w urządzeniach informacji kwantowej. W szczególności jony ziem rzadkich zawierają wiele elektronów gęsto upakowanych w pobliżu jądra atomowego. Pobudzone ze stanu spoczynku elektrony te mogą „żyć” przez długi czas – sekundy, a może nawet godziny – na zawsze w świecie komputerów. Takie długotrwałe stany są niezbędne, aby uniknąć utraty informacji kwantowej i pozycjonować jony metali ziem rzadkich jako silnych kandydatów na kubity, podstawowe jednostki informacji kwantowej.

„Zwykle w inżynierii materiałowej można wejść do bazy danych i znaleźć znane materiały, które powinny sprawdzić się w konkretnym zastosowaniu” – wyjaśnia Shoemaker. „Na przykład ludzie pracowali przez ponad 200 lat, aby znaleźć odpowiednie lekkie i wytrzymałe materiały na różne związki. Ale w przypadku informacji kwantowej pracujemy nad tym dopiero od dziesięciu lub dwóch lat, więc liczba materiałów jest w rzeczywistości bardzo mały i szybko znajdziesz się w obszarze Nieznanej substancji chemicznej.

READ  Redfall zaczyna się na Xbox i Bethesda Showcase

Shoemaker i Riedel narzucili pewne zasady w poszukiwaniu potencjalnych nowych materiałów. Po pierwsze, chcieli zastosować konfigurację jonową Eu3+ (W przeciwieństwie do innej możliwej konfiguracji, Unia Europejska2+), ponieważ działają na właściwej długości fali optycznej. Aby można było wizualnie „napisać”, materiały muszą być przejrzyste. Po drugie, chcieli materiału wykonanego z innych pierwiastków, który miałby tylko jeden stabilny izotop. Pierwiastki zawierające więcej niż jeden izotop wytwarzają mieszaninę różnych mas jądrowych, które wibrują z nieco różnymi częstotliwościami, zakłócając przechowywaną informację. Po trzecie, zależało im na znacznym oddzieleniu poszczególnych jonów europu, aby ograniczyć niezamierzone interakcje. Bez separacji duże chmury elektronów europu zachowywałyby się jak baldachim z liści w lesie, a nie jak dobrze rozmieszczone drzewa na przedmieściach, gdzie szelest liści jednego drzewa delikatnie oddziałuje z liśćmi drugiego.

Stosując te zasady, Riedel stworzył kontrolę obliczeniową DFT, aby przewidzieć, jakie materiały mogą powstać. Po tej selekcji Riedel był w stanie zidentyfikować nowe związki kandydujące do stosowania w UE, a ponadto był w stanie zsyntetyzować najlepszą propozycję z listy, perowskit z podwójnym halogenkiem Cs.2NaEuF6. Ten nowy związek jest stabilny w powietrzu, co oznacza, że ​​można go łączyć z innymi komponentami, co jest kluczową właściwością w skalowalnych obliczeniach kwantowych. Obliczenia DFT przewidziały także wiele innych potencjalnych związków, które nie zostały jeszcze zsyntetyzowane.

„Wykazaliśmy, że pozostało wiele nieznanych materiałów, które są dobrymi kandydatami do przechowywania informacji kwantowej” – mówi Shoemaker. „Pokazaliśmy, że potrafimy je wytwarzać wydajnie i przewidzieć, które będą stabilne”.

*

Daniel Shoemaker jest także członkiem stowarzyszonym Laboratorium Badań Materiałowych (MRL) oraz Centrum Nauki i Technologii Informacji Kwantowej stanu Illinois (IQUIST) na UIUC.

Zachary Riedel jest obecnie pracownikiem naukowym ze stopniem doktora w Los Alamos National Laboratory.

READ  Ostrzeżenie dla właścicieli komputerów Mac, ponieważ poprawka Apple powoduje nowe problemy

Badania te były wspierane przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych, Biuro Nauki, Narodowe Centrum Badań nad Informacją Kwantową Q-NEXT. Narodowa Fundacja Nauki za pośrednictwem Centrum Nauki i Inżynierii Materiałów Uniwersytetu Illinois wsparła korzystanie z obiektów i oprzyrządowania.

/Wydanie ogólne. Ten materiał od oryginalnej organizacji/autora(ów) może mieć charakter chronologiczny i został zredagowany pod kątem przejrzystości, stylu i długości. Mirage.News nie zajmuje stanowisk korporacyjnych ani stron, a wszystkie opinie, stanowiska i wnioski wyrażone w niniejszym dokumencie są wyłącznie opiniami autorów. Zobacz całość tutaj.