Een kwantumsprong: UCC-onderzoekers ontdekken de mogelijke sleutel tot de toekomst van kwantumcomputing

In een belangrijke ontwikkeling voor de toekomst van kwantumcomputing hebben onderzoekers van het laboratorium Macroscopic Quantum Matter Group in University College Cork (UCC) een baanbrekende ontdekking gedaan met behulp van een van 's werelds krachtigste kwantummicroscopen. Het team heeft een ruimtelijk modulerende supergeleidende toestand geïdentificeerd in een nieuwe en ongebruikelijke supergeleider, Uranium Ditelluride (UTe2), die mogelijk een van de grootste uitdagingen van kwantumcomputing zou kunnen aanpakken.

De kracht van supergeleiders

Supergeleiders zijn materialen die ervoor zorgen dat elektriciteit zonder weerstand kan stromen, wat betekent dat ze ondanks een grote stroom geen energie verdrijven. Dit is mogelijk omdat, in plaats van dat individuele elektronen door het metaal bewegen, elektronenparen zich aan elkaar binden om een ​​macroscopische kwantummechanische vloeistof te vormen.

Hoofdauteur van de papier, legt Joe Carroll, een PhD-onderzoeker die samenwerkt met UCC Prof. van Quantum Physics Séamus Davis, uit: “Wat ons team ontdekte was dat sommige van de elektronenparen een nieuwe kristalstructuur vormen ingebed in deze achtergrondvloeistof. Dit soort toestanden werd voor het eerst ontdekt door onze groep in 2016 en heten nu Electron Pair-Density Waves. Deze Pair Density Waves zijn een nieuwe vorm van supergeleidende materie waarvan we de eigenschappen nog aan het ontdekken zijn.”

Een nieuw type supergeleider

Wat UTe2 bijzonder opwindend maakt, is dat het een nieuw type supergeleider lijkt te zijn. De elektronenparen in UTe2 lijken een intrinsiek impulsmoment te hebben. Als dit waar is, heeft het UCC-team de eerste Pair-Density Wave gedetecteerd die is samengesteld uit deze exotische elektronenparen.

Carroll legt uit: “Wat vooral opwindend is voor ons en de bredere gemeenschap, is dat UTe2 een nieuw type supergeleider lijkt te zijn. Natuurkundigen zijn al bijna 40 jaar op zoek naar een dergelijk materiaal.”

Implicaties voor Quantum Computing

Kwantumcomputers vertrouwen op kwantumbits of qubits om informatie op te slaan en te manipuleren. De kwantumtoestand van deze qubits wordt echter gemakkelijk vernietigd, waardoor de toepassing van kwantumcomputers wordt beperkt.

UTe2 is echter een speciaal type supergeleider dat grote gevolgen kan hebben voor quantumcomputing. Het kan mogelijk worden gebruikt als basis voor topologische kwantumcomputing, waarbij er geen limiet is aan de levensduur van de qubit tijdens de berekening. Dit zou veel nieuwe wegen kunnen openen voor stabielere en bruikbare kwantumcomputers.

Carroll legt uit: "Er zijn aanwijzingen dat UTe2 een speciaal type supergeleider is dat enorme gevolgen zou kunnen hebben voor kwantumcomputing... In dergelijke materialen is er geen limiet aan de levensduur van de qubit tijdens de berekening, wat veel nieuwe manieren opent voor stabielere en bruikbare kwantumcomputers." computers.”

De ontdekking door het UCC-team vormt een nieuw stukje van de puzzel van UTe2. Het begrijpen van de fundamentele supergeleidende eigenschappen van materialen zoals UTe2 is cruciaal voor het ontwikkelen van praktische kwantumcomputers. Carroll concludeert: “Wat we hebben ontdekt vormt dan weer een stukje van de puzzel van UTe2. Om toepassingen te maken met materialen als deze, moeten we hun fundamentele supergeleidende eigenschappen begrijpen. De hele moderne wetenschap gaat stap voor stap. We zijn verheugd dat we hebben bijgedragen aan het begrip van een materiaal dat ons dichter bij veel meer praktische kwantumcomputers zou kunnen brengen.”