Vil snoede superledende flager gøre bedre komponenter til kvantecomputere?

Forskere ved University of Bath i Storbritannien har fundet en måde at lave 'single-crystal flake' enheder, der er så tynde og fri for defekter, de har potentiale til at overgå komponenter, der bruges i dag i kvantecomputerkredsløb.

Undersøgelsen er offentliggjort denne måned i tidsskriftet Nano bogstaver.

Teamet fra universitetets Institut for Fysik fandt sin opdagelse, mens de udforskede krydset mellem to lag af superlederen niobium diselenid (NbSe ₂ ) efter at disse lag var blevet spaltet fra hinanden, snoet omkring 30 grader i forhold til hinanden, derefter stemplet sammen igen. Ved spaltning, vridning og rekombination af de to lag, forskerne var i stand til at bygge en Superconducting Quantum Interferometer Device (SQUID) - en ekstremt følsom sensor, der bruges til at måle utroligt små magnetiske felter.

SQUID'er har en lang række vigtige anvendelser inden for områder, der omfatter sundhedsydelser (som det ses i kardiologi og magnetoencefalografi - en test, der kortlægger hjernens funktion) og mineralefterforskning.

KVIDER er også byggestenene i nutidens kommercielle kvantecomputere - maskiner, der udfører visse beregningsopgaver meget hurtigere end klassiske computere. Quantum computing er stadig i sin vorden, men i det næste årti, det vil sandsynligvis omdanne virksomheders og organisationers problemløsningskapacitet på tværs af mange sektorer-for eksempel ved hurtigt at spore opdagelsen af ​​nye lægemidler og materialer.

"På grund af deres atomisk perfekte overflader, som er næsten helt fri for fejl, vi ser potentiale for vores krystallinske flager til at spille en væsentlig rolle i opbygningen af ​​fremtidens kvantecomputere, "sagde professor Simon Bending, der udførte forskningen sammen med sin ph.d. studerende Liam Farrar. "Også, SQUID'er er ideelle til studier i biologi - f.eks. de bruges nu til at spore stien til magnetisk mærkede lægemidler gennem tarmen-så vi er meget spændte på at se, hvordan vores enheder også kan udvikles på dette område. "

Som professor Bending hurtigt påpeger, imidlertid, hans arbejde med SQUID'er fremstillet ved hjælp af NbSe ₂ flager er meget i starten af ​​sin rejse. "Dette er en helt ny og uudforsket tilgang til fremstilling af SQUID'er, og der skal stadig meget forskning til, før disse applikationer bliver en realitet, " han sagde.

Ekstremt tynde enkeltkrystaller

De flager, hvorfra Bath -superlederne er fremstillet, er ekstremt tynde enkeltkrystaller (10, 000 gange tyndere end et menneskehår), der let bøjer, hvilket også gør dem velegnede til inkorporering i fleksibel elektronik, som brugt i computertastaturer, optiske displays, solceller og forskellige bilkomponenter.

Fordi bindingerne mellem lag af NbSe ₂ er så svage, spaltede flager - med deres helt flade, fejlfri overflader-skab atomisk skarpe grænseflader, når de skubbes sammen igen. Dette gør dem til fremragende kandidater til de komponenter, der bruges til kvantecomputing.

Selvom dette ikke er første gang NbSe ₂ lag er blevet stemplet sammen for at skabe et svagt superledende led, dette er den første demonstration af kvanteinterferens mellem to sådanne krydsninger mønstret i et par snoet flager. Denne kvanteinterferens har givet forskerne mulighed for at modulere den maksimale superstrøm, der kan strømme gennem deres SQUID'er ved at anvende et lille magnetfelt, skaber en ekstremt følsom feltsensor. De var også i stand til at vise, at egenskaberne for deres enheder systematisk kunne indstilles ved at variere vridningsvinklen mellem de to flager.