El desarrollo de una computadora cuántica que puede resolver problemas, que las computadoras clásicas solo pueden resolver con gran esfuerzo o nada en absoluto, este es el objetivo que persigue actualmente un número cada vez mayor de equipos de investigación en todo el mundo. La razón:efectos cuánticos, que se originan en el mundo de las partículas y estructuras más pequeñas, permitir muchas aplicaciones tecnológicas nuevas. Los llamados superconductores, que permiten procesar información y señales de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica, se consideran componentes prometedores para la realización de computadoras cuánticas. Un punto de fricción de nanoestructuras superconductoras, sin embargo, es que solo funcionan a temperaturas muy bajas y, por lo tanto, son difíciles de llevar a aplicaciones prácticas.

Investigadores de la Universidad de Münster y Forschungszentrum Jülich ahora, por primera vez, demostró lo que se conoce como cuantificación de energía en nanocables hechos de superconductores de alta temperatura — i. mi. superconductores, en el que se eleva la temperatura por debajo del cual predominan los efectos de la mecánica cuántica. El nanoalambre superconductor asume entonces solo estados de energía seleccionados que podrían usarse para codificar información. En los superconductores de alta temperatura, los investigadores también pudieron observar por primera vez la absorción de un solo fotón, una partícula de luz que sirve para transmitir información.

"Por un lado, nuestros resultados pueden contribuir al uso de tecnología de enfriamiento considerablemente simplificada en tecnologías cuánticas en el futuro, y por otro lado, nos ofrecen conocimientos completamente nuevos sobre los procesos que gobiernan los estados superconductores y su dinámica, que todavía no se entienden, ", enfatiza el líder del estudio Jun. Prof. Carsten Schuck del Instituto de Física de la Universidad de Münster. Por lo tanto, los resultados pueden ser relevantes para el desarrollo de nuevos tipos de tecnología informática. El estudio ha sido publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

Antecedentes y métodos:

Los científicos utilizaron superconductores hechos de los elementos itrio, bario, óxido de cobre y oxígeno, o YBCO para abreviar, a partir de los cuales fabricaron unos hilos delgados de unos pocos nanómetros. Cuando estas estructuras conducen la corriente eléctrica, se producen dinámicas físicas llamadas "deslizamientos de fase". En el caso de los nanocables YBCO, las fluctuaciones de la densidad del portador de carga provocan variaciones en la supercorriente. Los investigadores investigaron los procesos en los nanocables a temperaturas por debajo de 20 Kelvin, que corresponde a menos 253 grados Celsius. En combinación con los cálculos del modelo, demostraron una cuantificación de los estados de energía en los nanocables. La temperatura a la que los cables entraron en estado cuántico se encontró entre 12 y 13 Kelvin, una temperatura varios cientos de veces más alta que la temperatura requerida para los materiales que se utilizan normalmente. Esto permitió a los científicos producir resonadores, es decir, sistemas oscilantes sintonizados en frecuencias específicas, con vidas mucho más largas y para mantener los estados de la mecánica cuántica durante más tiempo. Este es un requisito previo para el desarrollo a largo plazo de computadoras cuánticas cada vez más grandes.

Absorción de un solo fotón en superconductores de alta temperatura

Otros componentes importantes para el desarrollo de tecnologías cuánticas, pero potencialmente también para diagnósticos médicos, son detectores que pueden registrar incluso fotones individuales. El grupo de investigación de Carsten Schuck en la Universidad de Münster ha estado trabajando durante varios años en el desarrollo de detectores de fotón único basados ​​en superconductores. Lo que ya funciona bien a bajas temperaturas, Los científicos de todo el mundo han intentado lograrlo con superconductores de alta temperatura durante más de una década. En los nanocables YBCO utilizados para el estudio, este intento ahora ha tenido éxito por primera vez. "Nuestros nuevos hallazgos allanan el camino para nuevas descripciones teóricas y desarrollos tecnológicos verificables experimentalmente, "dice el coautor Martin Wolff del grupo de investigación Schuck.