Huonelämpöinen alusta kvanttiteknologialle

20.02.2019

Penn-huonelampoista-kvanttitekniikkaa-350-t.jpgPenn insinöörit tutkivat kaksiulotteista kuusikulmaista boorinitriidiä alustana huonelämpötilasta kvanttiteknologiaa varten. Materiaalin vikakohtien loukkuun jääneet spinit ovat herkkiä magneettikentille ja niiden tilat ovat saatavilla lasereiden avulla, jolloin niitä voidaan käyttää kubitteina.

Pennsylvanian yliopiston insinööri- ja ammattikorkeakoulun tutkijat ovat osoittaneet uuden laitteistoalustan, joka perustuu eristettyjen elektronien spineihin kaksiulotteisessa materiaalissa.

Yksi lupaava järjestelmä kvanttitietokoneen rakentamiseksi olisi käyttää timanttikiteen vikakohdissa olevia elektronien spinejä. Vikakohdat toimivat kuin eristetyt atomit tai molekyylit ja ne ovat vuorovaikutuksessa valon kanssa siten, että niiden spin voidaan mitata ja käyttää kubittina.

Nämä järjestelmät ovat houkuttelevia kvanttiteknologialle, koska ne voivat toimia huonelämpötiloissa mutta suurten timanttien kanssa työskentely aiheuttaa omia haasteitaan.

”Yksi haittapuoli spinien käytössä 3D-materiaaleissa on se, että emme voi hallita tarkasti, missä ne ovat suhteessa pintaan. Mutta kun spinit ovat vain yhdellä atomitasolla, voit ottaa käyttöön monia uusia toimintoja”, toteaa tutkimusta vetänyt Lee Bassett.

Voit sijoittaa yksittäisiä spinejä eri paikkoihin ja saada ne kommunikoimaan keskenään. Tai voidaan sijoittaa spinit yhteen materiaalikerrokseen ja liittää 2D-magneettikerros niiden päälle ja saada ne vuorovaikutukseen keskenään.

Nanoteknologian kehittyessä Bassett ja hänen kollegansa pyrkivät tuottamaan ja valitsemaan laajemman 2D-materiaalien kirjaston, joka olisi kuin litteä timantti.

Timantin tavoin heksagonaalinen boorinitridi on suuren kaistaeron puolijohde ja sitä käytetään jo laajalti dielektrisenä kerroksena 2D-elektroniikassa.

Bassett ja hänen kollegansa keskittyivät hyvin karakterisoituun boorinitridiin tai h-BN:iin ja yhteen sen vähemmän ymmärretyistä näkökohdista: sen hunajakennohilan vikakohtiin, jotka voivat emittoida valoa.

Tämä valon emittoiminen on jo aikaisemmin tunnettu seikka mutta Bassettin ryhmä on ensimmäinen, joka osoittaa, että joidenkin vikakohtien säteilevän valon intensiteetti muuttuu magneettikentän vasteena. Se on signaali, jota voitaneen käyttää kubittina.

Kvanttitietokoneen kubittien lisäksi uusi 2D-rakenne mahdollistaa muut mahdolliset sovellukset, jotka riippuvat läheisyydestä.

”Kvanttijärjestelmät ovat erittäin herkkiä ympäristöilleen, minkä vuoksi ne ovat niin vaikeasti eristettäviä ja hallittavia”, Bassett sanoo. ”Mutta kääntöpuoli on, että voit käyttää tätä herkkyyttä uudenlaisten anturien tekemiseen.

Periaatteessa nämä pienet spin pyörähdykset voivat olla miniatuurisia ydinmagneettisia resonanssi-ilmaisimia, kuten sellaisia, joita käytetään MRI-laitteissa, mutta joilla olisi kyky toimia yksittäisellä molekyylillä.

Tällöin 2D-kvanttianturit voisivat mitata yksittäisten molekyylien rakennetta ja sisäistä dynamiikkaa esimerkiksi kemiallisten reaktioiden ja proteiinien taittumisen tutkimiseksi.

Aiheesta aiemmin:

Timantin vikakohdasta kvanttimuisti

Timanttianturi tunnistaa solutason ilmiöitä

28.05.2020Ennätyskorkeaa datansiirtoa yhdellä lähettimellä
27.05.2020Apua litiummetallisille anodeille
26.05.2020Uusi resepti yhden atomin transistoreille
25.05.2020Ihoanturi seuraa C-vitamiinitasoja hiestä
22.05.2020Kohti kolmatta ulottuvuutta
21.05.2020Nopempi koherentti LiDAR
20.05.2020Rautaa rajalle, vaikka ruosteisenakin
19.05.2020Uudenlaisen kvanttitutkan prototyyppi
18.05.2020Löytää edullisesti radioaaltoja
16.05.2020Suprajohtavuutta ja topologiaa
15.05.2020Kvanttimateriaali keventää tekoälyn energiantarvetta
14.05.2020Vetyä auringonvalosta
13.05.2020Uutta valoa 2D-nanolasereista
12.05.2020Vakaita perovskiitteja
11.05.2020Superkondensaattori heterorakenteisella elektrodilla
08.05.2020Harppauksia piianodien käyttöönotossa
07.05.2020Liikkuvan yhteyden löytäminen terahertseillä
06.05.2020Todellisuutta tuntevat proteesit
05.05.2020Eväitä twistroniikalle
04.05.2020Superkiraalista valoa
03.05.2020Läpinäkyvyyttä ja aurinkosähköä
30.04.2020Rautapohjainen lämpösähkögeneraattori
29.04.2020Topologia avuksi fotoniikkaan
28.04.2020Tavoitteena 2000 km yhdellä latauksella
27.04.2020Ferrosähköä atomitasolla
27.04.2020Neuromorfinen memristori
23.04.2020Spintroniikalle sopivaa sähkömagnetismia
22.04.2020Akkutekniikoiden uudet reaktiot
21.04.2020Kylmää ja kuumaa kvanttitekniikkaa
20.04.2020Harppaus magnetisoitumisen tutkimuksessa
18.04.2020Ultravioletin voima
17.04.2020Innovatiivisia tekniikoita pikkusatelliiteille
16.04.2020Energiankeruuta metallia syöden
15.04.2020Alusta optisille transistoreille
14.04.2020Salaperäisiä Majorana-fermioneja kultasaarilla
12.04.2020Viiden minuutin koronavirustesti
10.04.2020Geometrinen diodi
09.04.2020Spinaalloilla pitkälle
08.04.2020Lasereita piisirulle ja hiukkaskiihdyttimiin
07.04.2020Yhdistetty optinen lähetin ja vastaanotin
06.04.2020Parannuksia orgaanisille aurinkokennoille
03.04.2020Energian keruuta terahertsiaalloista
02.04.2020Sähkökentistä sähköä IoT-antureille
01.04.2020Kaksiseinäisillä nanoputkilla on elektro-optisia etuja
31.03.2020Uudenlaista kemiaa litiumakuille
30.03.2020Kohti hakkeroimatonta kvantti-internettiä
28.03.2020Luvassa uusi läpimurto kvanttitietotekniikassa
27.03.2020Kohti tehokkaampaa elektroniikkaa
26.03.2020Uusia materiaaleja puettavalle elektroniikalle
25.03.2020Kvanttianturi kattaa koko radiotaajuusspektrin
24.03.2020Optinen terahertsitransistori
23.03.2020Atomiytimen spinin hallinta sähköisesti
20.03.2020Syväoppimisen uudelleenarviointi
19.03.2020Uusia materiaaliominaisuuksia elektroniikalle
17.03.2020Aurinkokennojen ennätysvirittely jatkuu
16.03.2020Monitoimisia anturimateriaaleja
13.03.2020Valolla toimivat kiintolevyt
12.03.2020Topologista valon kulkua
11.03.2020Vakaasti toimiva nanorele
10.03.2020Vielä enemmän skyrmioneja
09.03.2020Spin-kubitin vakaa luenta
07.03.2020Haisevista hedelmistä superkonkkia
06.03.2020Aurinkokenno grafeenista, perovskiitistä ja piistä
05.03.2020Kaliummetalli akun vaihtoehdoksi litiumille
04.03.2020Kaksiulotteinen elektronien hila
03.03.2020Kaksiulotteisia metalleja
02.03.2020Magnetismia kolmiulotteisesti
28.02.2020Monenlaista valon hallintaa
27.02.2020Yksinkertainen itselatautuva akku
26.02.2020Edullisempia suojaustekniikoita
25.02.2020Johtaa sekä sähköä että energiaa täydellisesti
25.02.2020Kemiaa ja seostusta
21.02.2020Vauhdikkaita muistirakenteita
20.02.2020Kierrätystä ja palonestoa
19.02.2020Nestepisaroilla jopa viiden voltin jännite
18.02.2020Kuitusiirron ennätyskapasiteetti
17.02.2020Kubitteja keinoatomeista
14.02.2020Kohinalla hehkuttaen
14.02.2020Tehokkaampia sähkökatalyyttisiä reaktioita
12.02.2020Elektroninen nenä MOF-materiaaleista
11.02.2020Uudenlainen elektrodirakenne tehokkaammille akuille
10.02.2020Kvanttitiedonsiirtoa nykyisissä kuituverkoissa
07.02.2020Uusi kvasihiukkanen löydetty: Pi-ton
06.02.2020Resonaattorit hidastavat valoa
05.02.2020Nanoputkien rullasta uudenlaista materiaalia
04.02.2020Tehokkaampaa terahertsitaajuuksien ilmaisua
03.02.2020Ensimmäinen yksikerroksinen amorfinen kalvo
31.01.20205000 vuotta kestävä paristo
30.01.2020Uusia vihjeitä suprajohtavuudesta
29.01.2020Litiumakuille pidempiä ajomatkoja?
28.01.2020Kvanttilämpöä ja kvanttilomittumista mittaillen
27.01.2020Laserdiodi emittoi syvää UV-valoa
24.01.2020Keinoiho magnetismia tunnistavin anturein
23.01.2020Kiertymä muokkaa kaistaeroa
22.01.2020Yleismuistin virstanpylväs
21.01.2020Ensimmäinen antiferromagneettinen topologinen kvanttimateriaali
20.01.2020Nanoantenneja tiedonsiirtoon
17.01.2020Muisteja erittäin kylmään laskentaan
16.01.2020Laskentaa molekyyleillä
16.01.2020Konenäölle nyt myös konesilmät

Näytä lisää »