새로운 장비는 과전류 흐름을 측정하고 데이터는 양자 컴퓨팅에 응용됩니다.
날짜:
2022년 12월 5일
원천:
아이오와 주립대학교
요약:
초대형 나노스코프는 초당 수조 주기의 빛 펄스가 물질의 초전류를 제어할 수 있는 방법에 대한 데이터를 수집하기 시작했습니다. 이 장비는 언젠가는 새롭고 발전하는 기술인 양자 컴퓨팅의 핵심인 초전도 양자 비트를 최적화하는 데 도움이 될 것입니다.
Jigang Wang은 연구원들이 양자 컴퓨팅의 내부 작동을 이해하고 궁극적으로 개발하는 데 도움이 될 수 있는 새로운 종류의 현미경에 대한 빠른 둘러보기를 제공했습니다.
미국 에너지부의 에임스 국립 연구소(Ames National Laboratory) 소속 아이오와주립대학교 물리학 및 천문학 교수인 왕(Wang)은 기기가 공간, 시간 및 에너지의 극한 규모(10억분의 1미터, 1000분의 1초, 초당 수조의 전자파.
Wang은 제어 시스템, 레이저 소스, 초당 수조 주기의 광 펄스를 위한 광학 경로를 만드는 거울의 미로, 샘플 공간을 둘러싸는 초전도 자석, 맞춤형 원자력 현미경, 샘플 온도를 액체 헬륨 온도(화씨 -450도)까지 낮추는 밝은 노란색 저온 유지 장치.
Wang은 이 장비를 극저온 마그네토-테라헤르츠 스캐닝 근거리 광학 현미경이라고 부릅니다. (줄여서 cm-SNOM입니다.) 아이오와 주립 캠퍼스 바로 북서쪽에 있는 Ames National Laboratory의 Sensitive Instrument Facility에 기반을 두고 있습니다.
장비를 만드는 데 5년 200만 달러(로스앤젤레스의 WM 켁 재단에서 130만 달러, 아이오와 주립 및 에임스 국립 연구소에서 70만 달러)가 소요되었습니다. 데이터를 수집하고 실험에 기여한 지 1년이 채 되지 않았습니다.
"아무도 그것을 가지고 있지 않다"고 Wang은 극한 규모의 나노스코프에 대해 말했다. "세계 최초입니다."
액체 헬륨 온도 이하와 강력한 테슬라 자기장에서 작동하면서 약 20나노미터 또는 200억분의 1미터까지 초점을 맞출 수 있습니다. 이러한 극한 환경에서 재료의 초전도 특성을 읽을 수 있을 만큼 작습니다.
초전도체는 일반적으로 매우 낮은 온도에서 저항이나 열 없이 전기(전자)를 전도하는 물질입니다. 초전도 물질은 MRI 스캔과 같은 의료 응용 분야와 Large Hadron Collider와 같은 가속기 주변에서 속도를 내는 하전된 아원자 입자를 위한 자기 경마장을 포함하여 많은 용도로 사용됩니다.
이제 양자 세계의 원자 및 아원자 규모의 역학 및 에너지를 기반으로 하는 새로운 세대의 컴퓨팅 성능인 양자 컴퓨팅을 위해 초전도 재료가 고려되고 있습니다. 초전도 양자 비트 또는 큐비트는 새로운 기술의 핵심입니다. 큐비트에서 과전류 흐름을 제어하는 한 가지 전략은 강력한 광파 펄스를 사용하는 것입니다.
"초전도 기술은 양자 컴퓨팅의 주요 초점입니다."라고 Wang은 말했습니다. "그래서 우리는 초전도성과 그것이 어떻게 빛으로 제어되는지를 이해하고 특성화할 필요가 있습니다."
이것이 바로 cm-SNOM 기기가 하는 일입니다. Nature Physics 저널에 게재된 연구 논문과 arXiv 웹사이트(사이드바 참조)에 게시된 인쇄 전 논문에 설명된 바와 같이 Wang과 연구팀은 테라헤르츠에서 철 기반 초전도체의 초전류 흐름에 대한 최초의 앙상블 평균 측정을 수행하고 있습니다. (초당 수조 파동) 에너지 스케일 및 고온, 구리 기반, 큐프레이트 초전도체에서 테라헤르츠 초전류 터널링을 감지하는 최초의 cm-SNOM 동작.
"이것은 광파 펄스 하에서 초전도성의 반응을 측정하는 새로운 방법입니다."라고 Wang은 말했습니다. "우리는 테라헤르츠 주기 동안 나노미터 길이 스케일에서 이 양자 상태에 대한 새로운 관점을 제공하기 위해 우리의 도구를 사용하고 있습니다."
빛 제어 초전도성에 대한 이론적 이해를 발전시킨 이 프로젝트의 협력자이자 버밍엄에 있는 앨라배마 대학교의 물리학 교수이자 학과장인 Ilias Perakis는 "새로운 실험 데이터 세트를 분석함으로써 다음을 위한 고급 단층 촬영 방법을 개발할 수 있습니다. 빛에 의해 제어되는 초전도체에서 양자 얽힘 상태를 관찰합니다."
연구진의 논문은 이러한 초전류를 구동할 수 있는 상호작용이 "부분적으로는 측정 부족으로 인해 여전히 잘 이해되지 않고 있다"고 보고합니다.
이러한 측정이 앙상블 수준에서 발생하므로 Wang은 동시 나노미터 및 테라헤르츠 스케일에서 cm-SNOM을 사용하여 초전류 존재를 측정하기 위한 다음 단계를 내다보고 있습니다. 일리노이에 있는 미국 에너지부의 페르미 국립 가속기 연구소가 이끄는 초전도 양자 재료 및 시스템 센터의 지원을 받아 그의 그룹은 새로운 장비를 더욱 정밀하게 만드는 방법을 찾고 있습니다. 두 개의 초전도체를 분리하는 장벽을 가로지르는 전자의 이동인 단일 조셉슨 접합에서 초전류 터널링을 시각화하는 정밀도로 측정할 수 있을까요?
"우리는 양자 컴퓨터를 위한 큐비트의 최적화에 영향을 미치기 위해 그 수준까지 측정해야 합니다."라고 그는 말했습니다. "그것은 큰 목표입니다. 그리고 이것은 이제 그 방향으로 가는 작은 발걸음일 뿐입니다. 한 번에 한 발짝씩 나아가고 있습니다."
출처 : https://www.sciencedaily.com/