양자 비트에 대한 혁신적인 트위스트: 탄소의 튜브형 나노 소재는 양자 비트 회전에 이상적인 집을 만듭니다.

[아름이]

양자 비트에 대한 혁신적인 트위스트: 탄소의 튜브형 나노 소재는 양자 비트 회전에 이상적인 집을 만듭니다.
날짜:
2023년 3월 6일
원천:
DOE/아르곤 국립 연구소
요약:
과학자들은 탄소 원자의 나노 크기 튜브를 화학적으로 수정하는 방법을 개발하여 양자 기술에서 안정적인 양자 비트 역할을 하는 회전 전자를 호스트할 수 있습니다.

전체 이야기
과학자들은 탄소의 튜브형 나노물질이 양자 정보 기술에 사용하기 위해 양자 비트가 제자리에서 회전하도록 하는 이상적인 호스트를 만든다는 것을 발견했습니다.

과학자들은 지난 세기의 양자 영역에 대한 직관에 반하는 발견을 미래의 기술로 전환하기 위해 치열하게 경쟁하고 있습니다. 이러한 기술의 빌딩 블록은 양자 비트 또는 큐비트입니다. 다이아몬드와 실리콘의 대칭 구조 내에서 결함을 사용하는 것을 포함하여 여러 가지 종류가 개발 중입니다. 그들은 언젠가 컴퓨팅을 변환하고, 약물 발견을 가속화하고, 해킹할 수 없는 네트워크 등을 생성할 수 있습니다.

미국 에너지부(DOE) Argonne National Laboratory의 과학자들은 여러 대학의 연구원들과 협력하여 호스트 나노물질에 회전 전자를 큐비트로 도입하는 방법을 발견했습니다. 그들의 테스트 결과 기록적인 긴 일관성 시간이 밝혀졌습니다. 이는 큐비트의 수명 동안 수행할 수 있는 양자 작업의 수를 정의하기 때문에 실용적인 큐비트의 핵심 속성입니다.

전자는 팽이의 스핀과 유사한 특성을 가지고 있지만 중요한 차이점이 있습니다. 팽이가 제자리에서 회전하면 오른쪽 또는 왼쪽으로 회전할 수 있습니다. 전자는 동시에 양방향으로 회전하는 것처럼 행동할 수 있습니다. 이것은 중첩이라는 양자 특성입니다. 동시에 두 가지 상태에 있는 전자는 스핀 큐비트의 좋은 후보가 됩니다. 스핀 큐비트는 이를 보관, 제어 및 감지하고 정보를 읽을 수 있는 적절한 재료가 필요합니다. 이를 염두에 두고 연구팀은 탄소 원자로만 만들어지고 속이 빈 관 모양이며 두께가 약 1나노미터(10억분의 1미터)에 불과한 나노 물질을 조사하기로 했습니다. 인간의 머리카락.

"이 탄소 나노튜브는 일반적으로 길이가 몇 마이크로미터입니다."라고 Xuedan Ma는 말했습니다. "그들은 대부분 전자의 스핀을 방해하고 결맞음 시간을 줄이는 변동하는 핵 스핀이 없습니다."

Ma는 DOE Office of Science 사용자 시설인 Argonne의 Center for Nanoscale Materials(CNM)의 과학자입니다. 그녀는 또한 시카고 대학의 Pritzker 분자 공학 학교와 Northwestern 대학의 Northwestern-Argonne 과학 및 공학 연구소에서 근무하고 있습니다.

연구팀이 직면한 문제는 탄소나노튜브 자체가 한 자리에서 회전하는 전자를 유지할 수 없다는 점이다. 그것은 나노튜브 주위를 움직입니다. 과거 연구자들은 전극 사이에 회전하는 전자를 가두기 위해 나노미터 간격으로 전극을 삽입했습니다. 그러나 이 배열은 부피가 크고 비용이 많이 들며 확장하기가 어렵습니다.

현재 팀은 전자를 가두기 위해 전극이나 다른 나노 크기의 장치가 필요하지 않은 방법을 고안했습니다. 대신 그들은 회전하는 전자를 한 위치에 가두는 방식으로 탄소 나노튜브의 원자 구조를 화학적으로 변경합니다.

화학자 Jia-Shiang Chen은 "우리의 화학 변형 방법은 탄소 나노튜브에서 믿을 수 없을 정도로 안정적인 스핀 큐비트를 생성합니다."라고 말했습니다. Chen은 CNM의 회원이자 Northwestern University의 분자 양자 변환 센터의 박사후 연구원입니다.

팀의 테스트 결과 다른 방법으로 만든 시스템에 비해 기록적인 긴 일관성 시간(10마이크로초)이 나타났습니다.

작은 크기를 감안할 때 팀의 스핀 큐비트 플랫폼은 양자 장치에 보다 쉽게 ​​통합될 수 있으며 양자 정보를 읽을 수 있는 다양한 방법을 허용합니다. 또한 탄소 튜브는 매우 유연하며 진동을 사용하여 큐비트의 정보를 저장할 수 있습니다.

"탄소 나노튜브의 스핀 큐비트에서 실용적인 기술에 이르기까지 먼 길이지만 이것은 그 방향으로의 큰 초기 단계입니다."라고 Ma는 말했습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/