Kvantbitar skapas med oväntade material
Forskare från Linköpings universitet har visat att det kristallartade materialet perovskit kan användas för att skapa så kallade kvantbitar. Den nya tekniken kan på sikt ge bättre kvantdatorer.
En kvantdator jobbar med något som kallas kvantbitar, eller qubits, för att hantera information. Dessa går att jämföra med ettor och nollor. Det som skiljer sig är att en kvantbit inte måste vara i det ena eller det andra läget, utan kan finnas i alla positioner mellan ett och noll. Detta kallas för superposition. Då går det att hantera avsevärt mycket mer information på mindre yta.
Dagens kvantbitar är känsliga
Det finns många olika sätt att skapa en kvantbit. Den vanligaste tekniken idag är så kallade supraledande kvantbitar som används av bland andra IBM och Google i försök att skapa en kvantdator. Men de är känsliga och fungerar endast vid någon tusendels grad över den absoluta nollpunkten. Den typen av nedkylning kräver mycket energi och utrymme vilket leder till svårigheter att skala upp tekniken.
En annan typ av kvantbitar baseras på det så kallade spinnet hos elektronerna i materialet. De kvantbitarna skapas genom så kallade defekter i fasta material. Det handlar om väldigt precisa ändringar i materialets struktur. Den vanligaste materialdefekten som används för att skapa en ”spinnkvantbit” är diamant där två kolatomer har ersatts med en kväveatom. Det är en process som är väldigt energikrävande, dyr och krånglig.
Forskare kokar kvantbitar
– Därför började vi utforska en ny idé – att ”koka ihop” våra kvantbitar i labbet, säger Yuttapoom Puttisong, docent vid Linköpings universitet.
Yuttapoom Puttisong beskriver metoden som en form av matlagning där olika kemikalier blandas. Blandningen värms upp till 480 grader Celsius och vid nedkylningen skapas en kristall bestående av materialet perovskit. Till utseendet liknar den en diamant.
För att skapa själva kvantbitarna tillsätts ett aktivt ämne, i detta fall krom, som ger ett rosaliknande skimmer.
Perovskit, vad är det?
Perovskit är ett kristallartat material. Det har en stark förmåga att både avge och absorbera ljus. Materialet är mångsidigt. Det kan bland annat användas för att göra lysdioder, sensorer och effektiva solceller.
Källa: Linköpings universitet
Få trodde på idén
– Den stora fördelen är att vi kan göra detta snabbt, billigt och framför allt kontrollerbart. Vi kan designa kvantbitens egenskaper genom kemin i lösningen, säger Yuttapoom Puttisong.
Forskarna säger att få inom forskningsområdet trodde att ”hopkoket” skulle resultera i något användbart. Det beror på att atomerna i perovskitmaterialet borde påverka varandra så pass mycket att kvantbiten skulle falla sönder innan beräkningen var utförd – i teorin. Men försöket lyckades alltså.
Nya möjligheter
– Våra fynd öppnar för ett helt nytt forskningsfält, säger Yuttapoom Puttisong.
Forskarnas förhoppning är att det nya forskningsfältet på sikt ska bidra till att bygga en funktionell kvantdator som kan utföra avancerade beräkningar som dagens traditionella superdatorer inte klarar av.
Tekniken kan fungera vid högre temperaturer än absoluta nollpunkten, vilket öppnar för att den går att skala upp, enligt forskarna. De har också visat att signalerna från kvantbiten kan översättas till optiska signaler, vilket öppnar för kvantkommunikation via ljus med perovskiter som material.
– Det finns stor potential i tekniken. Det går att skräddarsy materialet på kemisk väg för att få de egenskaper vi vill ha. På sikt tror jag att det kan bli en naturlig del av vårt samhälle på samma sätt som kisel är idag, säger Sakarn Khamkaeo, doktorand vid Linköpings universitet.
Vetenskaplig artikel:
Spin Qubits Candidate in Transition-Metal-Ion doped Halide Double Perovskites, Nature Communications.
