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Ein uralter namibischer Edelstein enthält den Schlüssel zu zukünftigen Quantencomputern

Cuproxid – ein ausgegrabener Kristall aus Namibia, der zur Herstellung von Rydbergs Polaritonen verwendet wird. Bildnachweis: St. Andrews University

Eine besondere Form von Licht aus alten namibischen Edelsteinen könnte der Schlüssel zu neuen lichtbasierten Quantencomputern sein, die langjährige wissenschaftliche Rätsel lösen könnten, so neue Forschungsergebnisse unter der Leitung der St. Andrews University.

Die Forschung wurde in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Harvard University in den USA, der Macquarie University in Australien und Aarhus University

Established in Aarhus, Denmark in 1928, Aarhus University (AU) is the largest and second oldest research university in Denmark. It comprises four faculties in Arts, Science and Technology, Health, and Business and Social Sciences and has a total of 27 departments. (Danish: Aarhus Universitet.)

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>Universität Aarhus in Dänemark und veröffentlicht in Natürliche Materialien, verwendete natürlich vorkommendes Kupferoxid (Cu2O) ein Edelstein aus Namibia zur Herstellung von Rydbergs Polaritonen, die größten hybriden Teilchen aus Licht und Materie, die jemals geschaffen wurden.

Rydbergs Polaritonen verschieben sich ständig von Licht zu Materie und zurück. In Rydbergs Polaritonen sind Licht und Materie wie zwei Seiten einer Medaille, und die Seite der Materie ist es, die Polaritonen miteinander interagieren lässt.

Diese Interaktion ist entscheidend, weil sie die Schöpfung ermöglicht Quantensimulatoren, eine spezielle Art von Quantencomputer, bei dem Informationen in Quantenbits gespeichert werden. Diese Quantenbits können im Gegensatz zu den binären Bits in klassischen Computern, die nur 0 oder 1 sein können, jeden Wert zwischen 0 und 1 annehmen. Daher können sie viel mehr Informationen speichern und mehrere Prozesse gleichzeitig ausführen.

Diese Fähigkeit könnte es Quantensimulatoren ermöglichen, wichtige Rätsel der Physik, Chemie und Biologie zu lösen, zum Beispiel, wie man Hochtemperatur-Supraleiter für Schnellzüge herstellt, wie man billigere Düngemittel herstellt, die möglicherweise den globalen Hunger lindern könnten, oder wie Proteine ​​Produkte biegen und leichter machen • wirksamere Medikamente.

Projektleiter, Dr. Hamid Ohadi von der Fakultät für Physik und Astronomie der St. Andrews University sagte: „Die Herstellung eines Quantensimulators mit Licht ist der heilige Gral der Wissenschaft. Wir haben einen großen Schritt in diese Richtung gemacht, indem wir Rydbergs Polaritonen, seinen wichtigsten Inhaltsstoff, geschaffen haben.“

Um Rydbergs Polaritonen zu erzeugen, fingen die Forscher Licht zwischen zwei stark reflektierenden Spiegeln ein. Der Kupferoxidkristall aus einem in Namibia ausgegrabenen Stein wurde dann verdünnt und zu einer 30 Mikrometer dicken Platte (dünner als eine menschliche Haarsträhne) poliert und zwischen zwei Spiegel gelegt, um Rydbergs Polaritonen 100-mal größer als je zuvor zu machen.

Einer der führenden Autoren, Dr. Sai Kiran Rajendran von der Fakultät für Physik und Astronomie der St. Andrews University sagte: „Der Kauf von Steinen bei eBay war einfach. Die Herausforderung bestand darin, Rydbergs Polaritonen herzustellen, die in einer extrem engen Farbpalette existieren.“

Das Team verfeinert diese Methoden derzeit weiter, um die Möglichkeit der Herstellung von Quantenschaltkreisen zu erforschen, die die nächste Zutat für Quantensimulatoren sind.

Referenz: „Rydberg-Exziton – Polaritonen in Cu2O Mikrokavitäten“ von Konstantinos Orfanakis, Sai Kiran Rajendran, Valentin Walther, Thomas Volz, Thomas Pohl und Hamid Ohadi, 14.04.2022. Natürliche Materialien.
DOI: 10.1038 / s41563-022-01230-4

Die Forschung wurde vom UK Engineering and Physical Research Council (EPSRC) finanziert.

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