A Forschungszentrum Jülich (FZJ) és a Karlsruhei Technológiai Intézet (KIT) tudósai nemrégiben áttörő felfedezést tettek, amely új fényt vet az Josephson alagútcsomópontok természetére, amelyek a szupravezető kvantumszámítógépek alapvető komponensei. Kutatásuk kimutatta, hogy ezek a csomópontok sokkal bonyolultabbak, mint korábban gondolták, harmonikus rezgésekkel a fő üzemmódra felvértezve. Ez az új megértés jelentős előrelépést jelenthet a kvantumbit-ek stabilitásában és teljesítményében.
Ezt az áttörést vezérlő út 2019-ben kezdődött, amikor két elhivatott PhD-hallgató, Dr. Dennis Willsch és Dennis Rieger, megdöbbentő kihívásokkal találkoztak az Josephson alagútcsomópontok standard modelljével való munka során. Az a szándék vezette őket, hogy kibogozzák a rejtélyeket, hogy Pop professzor vezetésével csapatuk alapos kutatást folytasson, és egyidejűleg vizsgálják több laboratóriumban gyűjtött adatokat.
Az Josephson alagútcsomópontok két szupravezető elektródból állnak, amelyeket vékony szigetelő akadály köt össze. Hagyományosan ezeket az áramkör elemeket egyszerű szinuszmodell segítségével leírták. Azonban a legújabb kutatás bebizonyította, hogy az alapmodell nem képes pontosan leírni ezeknek a csomópontoknak a viselkedését. Ehelyett egy meszkopikus modellre van szükség, amely magában foglalja a magasabb harmonikusokat és magyarázza a szupravezetők közti alagúti áramkísérletet.
Az Josephson alagútcsomópontokban jelentkező harmonikus jelenség hasonlítható a zenekari hangszer által létrehozott részhangokhoz. Ahogy egy húrt megütve nemcsak a fundamentális hangot, hanem további hangrétegeket is létrehozunk, hasonló tulajdonságok jelennek meg a csomópontokban is. Ezeken a harmonikusokon alapuló elemzés nélkül nem érthetjük meg teljes körűen a viselkedésüket.
Ennek a felfedezésnek a következményei mélyrehatóak. Az Josephson harmonikák figyelembevételével a kutatók úgy vélik, hogy a kvantumbit-eket olyan módon lehet tervezni, hogy stabilabbak és megbízhatóbbak legyenek, és a hibákat akár egy nagyságrenddel is csökkenthetjük. Ez az előrelépés egy lépéssel közelebb viszi minket a teljesen univerzális szupravezető kvantumszámítógépek megvalósításához.
A tudományos közösségben végzett mérések pontossága és megbízhatósága létfontosságú szerepet játszott annak felfedezésében, hogy egy modellhez milyen kis korrekciókat kell végrehajtani, amelyet több mint 15 évig elegendőnek tartottak. Ahogy Dr. Dennis Rieger megjegyzi: „Izgalmas látni az elért pontosság szintjét, amely lehetővé teszi számunkra, hogy felfedezzük ezeket a rejtett bonyolultságokat”.
A szupravezető kvantumprocesszorok nagyméretű elérésének útján, ez az Josephson alagútcsomópontokra vonatkozó új megértés jelentős mérföldkő. Ez rámutat a szilárdtest-eszközök mikroszkopikus szabadsági fokainak mélyebb feltárásának fontosságára, és lehetőséget nyit az előrehaladottabb, megbízhatóbb kvantumszámítógép-technológia kifejlesztésére.
Gyakran Ismételt Kérdések:
1. Mit fedeztek fel nemrégiben a Forschungszentrum Jülich (FZJ) és a Karlsruhei Technológiai Intézet (KIT) tudósai?
A FZJ és a KIT tudósai áttörő felfedezést tettek az Josephson alagútcsomópontok természetével kapcsolatban, amelyek a szupravezető kvantumszámítógépek alapvető komponensei. Kutatásuk kimutatta, hogy ezek a csomópontok sokkal bonyolultabbak, mint korábban gondolták, harmonikusokkal lerakva a fő üzemmódra.
2. Milyen hatással lehet ez a felfedezés a kvantumszámítógépekre?
Ez az Josephson alagútcsomópontok új megértése jelentős előrelépést jelenthet a kvantumbitek stabilitásában és teljesítményében. Az Josephson harmonikák figyelembevétele lehetővé teheti a kvantumbitek tervezését annak érdekében, hogy stabilabbak és megbízhatóbbak legyenek, akár egy nagyságrenddel is csökkentve a hibákat.
3. Mi a hagyományos modell az Josephson alagútcsomópontokra?
Hagyományosan az Josephson alagútcsomópontokat egy egyszerű szinuszmodell segítségével írták le. Azonban a legújabb kutatások bebizonyították, hogy ez a standard modell nem képes pontosan leírni ezeknek a csomópontoknak a viselkedését.
4. Mi az a meszkopikus modell, amelyet a kutatók felfedeztek?
A meszkopikus modell magában foglalja a magasabb harmonikusokat és szükséges a szupervezetők közötti alagúti áramkísérlet magyarázatára az Josephson alagútcsomópontokban. Ez a modell figyelembe veszi a zenekari hangszer által létrehozott hangok bonyolultságát.
5. Hasonló módon, hogyan hasonlíthatók az Josephson harmonikumok a zenekari hangszer túlhangjaihoz?
Ahogy a zenekari hangszeren megszólaló húrütés nemcsak a fundamentális hangot, hanem további hangrétegeket is létrehoz, az alagútcsomópontok hasonló tulajdonságokat mutatnak. Ezeknek a harmonikusoknak az elemzésbe való belefoglalása elengedhetetlen a viselkedésük teljes körű megértéséhez.
Meghatározások:
– Josephson alagútcsomópontok: A szupravezető kvantumszámítógépek alapvető komponensei, amelyek két szupravezető elektródból állnak, amelyeket vékony szigetelő akadály köt össze.
– Harmonikusok: A zenekari hangszer által létrehozott további hangrétegek bonyolultságai. Az Josephson alagútcsomópontok esetén a magasabb harmonikusok szükségesek a viselkedésük magyarázatához.
– Meszkopikus modell: A magasabb harmonikusokat is magában foglaló modell, ami teljesebb képet ad az Josephson alagútcsomópontok viselkedéséről.
Kapcsolódó linkek:
Forschungszentrum Jülich
Karlsruhei Technológiai Intézet
The source of the article is from the blog windowsvistamagazine.es