Ett kvantsprång: UCC-forskare upptäcker potentiell nyckel till kvantdatorns framtid

I en betydande utveckling för framtiden för kvantberäkningar har forskare vid Macroscopic Quantum Matter Group-laboratoriet i University College Cork (UCC) gjort en banbrytande upptäckt med hjälp av ett av världens mest kraftfulla kvantmikroskop. Teamet har identifierat ett rumsligt modulerande supraledande tillstånd i en ny och ovanlig supraledare, Uranium Ditelluride (UTe2), som potentiellt skulle kunna ta itu med en av kvantberäkningens största utmaningar.

Superledarnas kraft

Supraledare är material som tillåter elektricitet att flöda med noll motstånd, vilket innebär att de inte försvinner någon energi trots att de bär en stor ström. Detta är möjligt eftersom, istället för att individuella elektroner rör sig genom metallen, binder elektronpar samman och bildar en makroskopisk kvantmekanisk vätska.

Huvudförfattare till papper, Joe Carroll, en doktorand som arbetar med UCC Prof. i kvantfysik Séamus Davis, förklarar, "Vad vårt team fann var att några av elektronparen bildar en ny kristallstruktur inbäddad i denna bakgrundsvätska. Dessa typer av tillstånd upptäcktes först av vår grupp 2016 och kallas nu elektronpar-densitetsvågor. Dessa pardensitetsvågor är en ny form av supraledande materia vars egenskaper vi fortfarande upptäcker."

En ny typ av supraledare

Det som gör UTe2 särskilt spännande är att det verkar vara en ny typ av supraledare. Elektronparen i UTe2 verkar ha inneboende rörelsemängd. Om detta är sant har UCC-teamet upptäckt den första pardensitetsvågen som består av dessa exotiska elektronpar.

Carroll utvecklar, "Det som är särskilt spännande för oss och det bredare samhället är att UTe2 verkar vara en ny typ av supraledare. Fysiker har letat efter ett material som det i nästan 40 år."

Implikationer för Quantum Computing

Kvantdatorer förlitar sig på kvantbitar eller kvantbitar för att lagra och manipulera information. Kvanttillståndet för dessa qubits förstörs dock lätt, vilket begränsar tillämpningen av kvantdatorer.

UTe2 är dock en speciell typ av supraledare som kan få enorma konsekvenser för kvantberäkningar. Det skulle potentiellt kunna användas som en grund för topologisk kvantberäkning, där det inte finns någon gräns för qubitens livslängd under beräkning. Detta kan öppna upp många nya sätt för mer stabila och användbara kvantdatorer.

Carroll förklarar, "Det finns indikationer på att UTe2 är en speciell typ av supraledare som kan få enorma konsekvenser för kvantberäkningar... I sådana material finns det ingen gräns för livslängden för qubiten under beräkning som öppnar upp för många nya sätt för mer stabil och användbar kvant. datorer.”

Upptäckten av UCC-teamet ger ytterligare en pusselbit till UTe2. Att förstå de grundläggande supraledande egenskaperna hos material som UTe2 är avgörande för att utveckla praktiska kvantdatorer. Carroll avslutar: "Det vi har upptäckt ger en annan pusselbit i UTe2. För att göra applikationer med material som detta måste vi förstå deras grundläggande supraledande egenskaper. All modern vetenskap går steg för steg. Vi är glada över att ha bidragit till förståelsen av ett material som skulle kunna föra oss närmare mycket mer praktiska kvantdatorer.”