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

I en betydande utveckling för kvantberäkningens framtid har forskare vid Macroscopic Quantum Matter Group-laboratoriet vid University College Cork (UCC) gjort en banbrytande upptäckt med hjälp av en av världens kraftfullaste kvantmikroskoper. Teamet har identifierat en rumsligt modulerande superledande tillstånd i en ny och ovanlig superledare, Uranium Ditellurid (UTe2), som potentiellt kan lösa en av kvantberäkningens största utmaningar.

Superledarnas kraft

Superledare är material som tillåter elektricitet att flöda med noll resistans, vilket innebär att de inte dissipera någon energi trots att de bär en stor ström. Detta är möjligt eftersom, istället för att enskilda elektroner rör sig genom metallen, bildar par av elektroner en makroskopisk kvantmekanisk vätska.

Författare till artikeln, Joe Carroll, en PhD-forskare som arbetar med UCC Prof. i kvantfysik Séamus Davis, förklarar, “Vad vårt team fann var att vissa av elektronparen bildar en ny kristallstruktur som är inbäddad i denna bakgrundsfluid. Dessa typer av tillstånd upptäcktes första gången av vår grupp 2016 och kallas nu för Electron Pair-Density Waves. Dessa Pair Density Waves är en ny form av superledande materia vars egenskaper vi fortfarande upptäcker.”

En ny typ av superledare

Vad som gör UTe2 särskilt spännande är att det verkar vara en ny typ av superledare. Elektronparen i UTe2 verkar ha intrinsiskt vinkelmoment. Om detta är sant, har UCC-teamet upptäckt den första Pair-Density Wave som består av dessa exotiska par av elektroner.

Carroll förklarar, “Vad som är särskilt spännande för oss och den bredare samhället är att UTe2 verkar vara en ny typ av superledare. Fysiker har letat efter ett material som detta i nästan 40 år.”

Implikationer för kvantberäkning

Kvantdatorer förlitar sig på kvantbitar eller qubit för att lagra och manipulera information. Men den kvantmekaniska tillståndet för dessa qubit är lätt förstört, vilket begränsar tillämpningen av kvantdatorer.

UTe2 är dock ett speciellt superledande material som kan ha stora konsekvenser för kvantberäkning. Det kan potentiellt användas som grund för topologisk kvantberäkning, där det inte finns någon gräns för qubitens livslängd under beräkningen. Detta kan öppna upp många nya möjligheter för mer stabila och användbara kvantdatorer.

Carroll förklarar, “Det finns indikationer på att UTe2 är ett speciellt superledande material som kan ha stora konsekvenser för kvantberäkning… I sådana material finns det ingen gräns för qubitens livslängd under beräkningen, vilket öppnar upp många nya möjligheter för mer stabila och användbara kvantdatorer.”

Uppväckten av UCC-teamet ger en annan bit till pusslet kring UTe2. Att förstå de grundläggande superledande egenskaperna hos material som UTe2 är avgörande för att utveckla praktiska kvantdatorer. Carroll avslutar, “Vad vi har upptäckt ger en annan bit till pusslet kring UTe2. För att skapa tillämpningar med material som detta måste vi förstå deras grundläggande superledande egenskaper. All modern vetenskap rör sig steg för steg. Vi är glada över att ha bidragit till förståelsen av ett material som kan bringa oss närmare mer praktiska kvantdatorer.”