Et kvantespring: UCC-forskere opdager potentiel nøgle til kvantecomputings fremtid

I en betydningsfuld udvikling for kvantecomputings fremtid har forskere ved Macroscopic Quantum Matter Group-laboratoriet på University College Cork (UCC) gjort en banebrydende opdagelse ved hjælp af en af verdens kraftigste kvantemikroskoper. Holdet har identificeret en rumligt modulerende superledende tilstand i en ny og usædvanlig superleder, Uranium Ditellurid (UTe2), som potentielt kan løse en af kvantecomputings største udfordringer.

Superlederes kraft

Superledere er materialer, der tillader elektricitet at flyde med nul modstand, hvilket betyder, at de ikke dissipere nogen energi, selvom de bærer en stor strøm. Dette er muligt, fordi elektronerne ikke bevæger sig individuelt gennem metallet, men binder sammen i par for at danne en makroskopisk kvantemekanisk fluid.

Første forfatter på artiklen, Joe Carroll, en PhD-forsker, der arbejder med UCC Prof. of Quantum Physics Séamus Davis, forklarer: “Det, vores hold fandt, var, at nogle af elektronerne danner en ny krystalstruktur indlejret i denne baggrundsvæske. Disse typer af tilstande blev først opdaget af vores gruppe i 2016 og kaldes nu Elektronpar-Tæthedsbølger. Disse Par-Tæthedsbølger er en ny form for superledende materie, hvis egenskaber vi stadig opdager.”

En ny type superleder

Det, der gør UTe2 særligt spændende, er, at det synes at være en ny type superleder. Elektronparrene i UTe2 synes at have intrinsisk vinkelimpuls. Hvis dette er sandt, så har UCC-holdet detekteret den første Par-Tæthedsbølge sammensat af disse eksotiske elektroner.

Carroll uddyber: “Det, der er særligt spændende for os og den bredere fagkommunitet, er, at UTe2 synes at være en ny type superleder. Fysikere har ledt efter et materiale som dette i næsten 40 år.”

Konsekvenser for kvantecomputing

Kvantecomputere afhænger af kvantebits eller qubits til at gemme og manipulere information. Imidlertid ødelægges den kvantemekaniske tilstand af disse qubits let, hvilket begrænser anvendelsen af kvantecomputere.

UTe2 er imidlertid en særlig type superleder, der potentielt kan have enorme konsekvenser for kvantecomputing. Det kan muligvis bruges som grundlag for topologisk kvantecomputing, hvor der ikke er nogen begrænsning på qubbittens levetid under beregning. Dette kan åbne op for mange nye muligheder for mere stabile og nyttige kvantecomputere.

Carroll forklarer: “Der er tegn på, at UTe2 er en særlig type superleder, der potentielt kan have enorme konsekvenser for kvantecomputing… I sådanne materialer er der ingen begrænsning på qubbittens levetid under beregning, hvilket åbner op for mange nye muligheder for mere stabile og nyttige kvantecomputere.”

Opdagelsen af UCC-holdet giver endnu et stykke af puslespillet omkring UTe2. At forstå de grundlæggende superledende egenskaber af materialer som UTe2 er afgørende for udviklingen af praktiske kvantecomputere. Carroll konkluderer: “Det, vi har opdaget, giver endnu et stykke af puslespillet omkring UTe2. For at udvikle anvendelser med materialer som dette må vi forstå deres grundlæggende superledende egenskaber. Alt i moderne videnskab sker skridt for skridt. Vi er glade for at have bidraget til forståelsen af et materiale, der kan bringe os tættere på mere praktiske kvantecomputere.”