Tarafından

Gelişmiş Kuantum Bilgisayar Konsepti

İşin potansiyel uygulamaları var kuantum hesaplamave süperiletkenliğin sırlarını çözmenin yeni bir yolunu sunar.

İLE BİRLİKTE fizikçiler ve meslektaşları, ekibin yalnızca yaklaşık bir yıl önce sentezlediği yeni bir malzemede egzotik bir süperiletkenlik biçimi gösterdiler. 1960’larda tahmin edilmesine rağmen, şimdiye kadar bu tür süperiletkenliği stabilize etmenin zor olduğu kanıtlandı. Ayrıca, bilim adamları, aynı malzemenin potansiyel olarak başka, eşit derecede egzotik bir süper iletkenlik biçimi sergilemek için manipüle edilebileceğini buldular.

Çalışma derginin 3 Kasım 2021 sayısında yayınlandı. Doğa.

Doğal bir süper örgü olarak bilinen katmanlı bir kristalde sonlu momentum süper iletkenliğinin gösterilmesi, aynı numune içinde farklı süper iletkenlik modelleri oluşturmak için malzemenin ince ayar yapılabileceği anlamına gelir. Ve bunun da, kuantum hesaplama ve daha fazlası için etkileri olabilir.

Malzemenin ayrıca geleneksel olmayan süper iletkenlerin sırlarını ortaya çıkarmak için önemli bir araç haline gelmesi bekleniyor. Bu, yeni kuantum teknolojileri için faydalı olabilir. Bu tür teknolojileri tasarlamak zordur, çünkü kısmen oluşturdukları malzemelerin incelenmesi zor olabilir. Yeni materyal, bu tür araştırmaları basitleştirebilir, çünkü diğer şeylerin yanı sıra, yapılması nispeten kolaydır.

Üç Farklı Süperiletkenlik Modeli

MIT’de sentezlenen yeni bir malzemede gerçekleştirilen üç farklı süperiletkenlik modelini gösteren diyagram. Kredi: Resim Checkelsky laboratuvarının izniyle

Çalışmanın baş araştırmacısı ve Mitsui Kariyer Geliştirme Fizik Bölümünde Doçent olan Joseph Checkelsky, “Araştırmamızın önemli bir teması, yeni fiziğin yeni malzemelerden gelmesidir” diyor. “Geçen yılki ilk raporumuz bu yeni malzemeyle ilgiliydi. Bu yeni çalışma, yeni fiziği bildiriyor.”

Checkelsky’nin mevcut makaledeki ortak yazarları arasında, şu anda şu anda şu anda görev yapan baş yazar Aravind Devarakonda PhD ’21 yer alıyor. Kolombiya Üniversitesi. Çalışma Devarakonda’nın tezinin merkezi bir parçasıydı. Ortak yazarlar şu anda Japonya’daki Toho Üniversitesi’nde MIT’de eski bir araştırma bilimcisi olan Takehito Suzuki; MIT Fizik Bölümü’nde doktora sonrası araştırmacı olan Shiang Fang; fizik alanında MIT yüksek lisans öğrencisi olan Junbo Zhu; Ulusal Yüksek Manyetik Alan Laboratuvarı’ndan David Graf; Japonya’daki RIKEN Acil Madde Bilimi Merkezi’nden Markus Kriener; MIT fizik doçenti Liang Fu; ve Harvard Üniversitesi’nden Efthimios Kaxiras.

Yeni kuantum materyali

Klasik fizik, dünyamızın altında yatan herhangi bir sayıda fenomeni açıklamak için kullanılabilir – işler son derece küçük olana kadar. Elektronlar ve kuarklar gibi atom altı parçacıklar, hala tam olarak anlaşılmayan şekillerde farklı davranırlar. Davranışlarını ve ortaya çıkan etkileri açıklamaya çalışan alan olan kuantum mekaniğine girin.

Checkelsky ve meslektaşları, yeni bir kuantum materyali veya kuantum mekaniğinin egzotik özelliklerini makroskobik bir ölçekte gösteren bir materyal keşfettiler. Bu durumda, söz konusu malzeme bir süper iletkendir.

Checkelsky, oldukça yakın zamanda, iki boyutlu veya sadece birkaç atomik katman kalınlığında özel süper iletkenlerin gerçekleştirilmesinde bir patlama olduğunu açıklıyor. Bu yeni ultra ince süperiletkenler kısmen ilgi çekici çünkü süperiletkenliğin kendisine dair içgörüler sağlamaları bekleniyor.

Ama zorluklar var. Birincisi, çok hassas oldukları için sadece birkaç atomik katman kalınlığındaki malzemeleri incelemek zordur. Sırlarını sıhhi tesisat için başka bir yaklaşım olabilir mi?

Checkelsky ve meslektaşları tarafından yapılan yeni malzeme, bir tabakanın süper iletken malzemeden oluşan ultra ince bir film olduğu, diğerinin ise onu koruyan ultra ince bir aralayıcı tabaka olduğu bir tabaka pastasının süper iletken eşdeğeri olarak düşünülebilir. Bu katmanları üst üste istiflemek, büyük bir kristalle sonuçlanır (bu, doğal olarak kükürt, niyobyum ve baryumun kurucu elementleri birlikte ısıtıldığında gerçekleşir). “Ve elimde tutabildiğim bu makroskopik kristal, 2 boyutlu bir süper iletken gibi davranıyor. Çok şaşırtıcıydı, ”diyor Checkelsky.

Bilim adamlarının 2D süperiletkenleri incelemek için kullandıkları probların çoğu, atomik olarak ince malzemeler üzerinde kullanılması zor. Yeni malzeme çok büyük olduğundan, “artık çok daha fazla aracımız var. [to characterize it]”diyor Checkelsky. Aslında, mevcut makalede bildirilen çalışma için bilim adamları, büyük numuneler gerektiren bir teknik kullandılar.

egzotik süper iletkenler

Bir süper iletken, yükü özel bir şekilde taşır. Yük, bir elektron yerine, Cooper çifti olarak bilinen şekilde birbirine bağlı iki elektron tarafından taşınır. Bununla birlikte, tüm süper iletkenler aynı değildir. Bazı olağandışı süperiletkenlik biçimleri, ancak Cooper çiftleri, nispeten uzun mesafeler boyunca malzeme boyunca engellenmeden hareket edebildiğinde ortaya çıkabilir. Mesafe ne kadar uzun olursa, malzeme o kadar “temiz” olur.

Checkelsky ekibinin malzemesi son derece temiz. Sonuç olarak fizikçiler, olağandışı bir süperiletkenlik durumu gösterip gösteremeyeceğini görmek için heyecanlandılar. Mevcut makalede ekip, yeni malzemelerinin bir manyetik alan uygulaması üzerine sonlu bir momentum süper iletkeni olduğunu gösteriyor. 1960’larda önerilen bu özel süperiletkenlik türü, bilim adamlarının ilgisini çekmeye devam etti.

Aravind Devarakonda

Aravind Devarakonda PhD ’21, egzotik bir süperiletkenlik formunu tanımlayan bir makalenin baş yazarıdır. Kredi bilgileri: Denis Paiste

Süperiletkenlik genellikle mütevazı manyetik alanlar tarafından yok edilirken, sonlu bir momentum süperiletkeni, çok sayıda Cooper çifti ve hiçbiri olmayan bölgelerin düzenli bir desenini oluşturarak daha da devam edebilir. Cooper çiftleri Landau seviyeleri olarak bilinen kuantum mekaniksel yörüngeler arasında hareket ederken, bu tür bir süperiletkenin çeşitli olağandışı desenler oluşturmak üzere manipüle edilebileceği ortaya çıktı. Ve bunun anlamı, Checkelsky, bilim adamlarının artık aynı malzeme içinde farklı süperiletkenlik modelleri oluşturabilmeleri gerektiğini söylüyor.

“Bu, daha önce hiç gözlemlenmemiş bir süperiletkende Landau seviyeleri arasında hareket eden Cooper çiftlerini gösterebilen çarpıcı bir deney. Açıkçası, bunu elinizde tutabileceğiniz bir kristalde görmeyi hiç beklemiyordum, bu yüzden bu çok heyecan verici. Bu anlaşılması güç etkiyi gözlemlemek için, yazarların daha önce keşfettikleri benzersiz bir iki boyutlu süper iletken üzerinde özenli, yüksek hassasiyetli ölçümler yapmaları gerekiyordu. Cornell Üniversitesi’nde fizik profesörü olan Kyle Shen, “Bu, yalnızca teknik zorluğunda değil, aynı zamanda zekasında da dikkate değer bir başarı” diyor. Shen çalışmaya dahil değildi.

Ayrıca fizikçiler, malzemelerinin başka bir egzotik süperiletkenlik türü için bileşenlere de sahip olduğunu fark ettiler. Topolojik süperiletkenlik, yükün kenarlar veya sınırlar boyunca hareketini içerir. Bu durumda, bu yük, her bir dahili süperiletken modelin kenarları boyunca hareket edebilir.

Checkelsky ekibi şu anda malzemelerinin gerçekten topolojik süper iletkenliğe sahip olup olmadığını görmek için çalışıyor. Eğer öyleyse, “her iki yeni süperiletkenlik türünü birleştirebilir miyiz? Bu ne getirebilir?” diye soruyor Checkelsky.

“Bu yeni materyali hayata geçirmek çok eğlenceliydi,” diye bitiriyor. “Ne yapabileceğini anlamaya çalışırken, bir takım sürprizler oldu. Beklemediğimiz yeni şeyler çıktığında gerçekten heyecan verici.”

Referans: A. Devarakonda, T. Suzuki, S. Fang, J. Zhu, D. Graf, M. Kriener, L. Fu, E. Kaxiras ve JG Checkelsky tarafından “Signatures of bosonic Landau level in a sonlu-momentum superconductor” , 3 Kasım 2021, Doğa.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03915-3

Bu çalışma Gordon ve Betty Moore Vakfı, Deniz Araştırmaları Ofisi, ABD Enerji Bakanlığı (DOE) Bilim Ofisi, Ulusal Bilim Vakfı (NSF) ve Rutgers Malzeme Teorisi Merkezi tarafından desteklendi.

Hesaplamalar Harvard Üniversitesi’nde yapıldı. Çalışmanın diğer bölümleri, NSF, Florida Eyaleti ve Enerji Bakanlığı tarafından desteklenen Ulusal Yüksek Manyetik Alan Laboratuvarı’nda gerçekleştirildi.





#Egzotik #Yeni #Malzeme #Ciddi #Kuantum #Hesaplama #Uygulamalarıyla #Bir #Arada #İki #Süper #İletken #Olabilir