Een ongebruikelijke supergeleidende toestand die is waargenomen in het materiaal uranium ditelluride (UTe2) zou kunnen helpen bij het overwinnen van bekende uitdagingen in de vooruitgang van kwantumcomputers.
Onderzoekers van het laboratorium van de Macroscopic Quantum Matter Group aan het University College Cork (UCC) ontdekten de unieke eigenschappen, waardoor elektronen vrij zonder weerstand langs een soort kwantumwaterglijbaan kunnen stromen.
De onderzoekers zeggen dat het geheim is dat elektronen zich in paren verenigen om een speciale vloeistof te vormen. UTe2 is speciaal omdat sommige elektronenduo’s zich anders gedragen en een kristalstructuur vormen die een Pair Density Wave wordt genoemd binnen de vloeistof. Dit type elektronenparen werd voor het eerst waargenomen in 2016, maar wordt nog steeds slecht begrepen.
En dit lijkt nogal wat te zijn.
“Wat spannend is, is dat UTe2 een totaal nieuw soort supergeleider lijkt te zijn,” zegt Joe Carroll, UCC-promovendus, in het artikel waarin de ontdekking wordt beschreven. “Natuurkundigen zijn al tientallen jaren op zoek naar zo’n supergeleider”.
Het team achter de ontdekking heeft goede hoop dat meer kennis over UTe2 hen zal helpen om andere supergeleidende materialen beter te begrijpen en te ontleden. Dit zou een enorme zegen kunnen zijn voor de wetenschap, vooral in de geneeskunde waar supergeleiders worden gebruikt voor verschillende medische apparaten zoals MRI-scanners. Door enkele van de mysteries van deze materialen verder te ontrafelen, zouden we nieuwe en verbeterde medische technologieën kunnen ontwikkelen
Visualisatie van de PDW-toestand van UTe2, afbeelding: UCC
UTe2 blijkt een nieuw type supergeleider te zijn. De elektronenparen hebben een intrinsiek impulsmoment, wat betekent dat ze draaien als ze paren. Als dit bevestigd wordt, zou UTe2 het eerste materiaal zijn dat een elektronenpaar-dichtheidsgolf met deze eigenschap bevat.
Waarom zouden we ons zorgen maken over de subatomaire hokey pokey die zich in dit prachtige materiaal afspeelt? Nou, omdat de eigenschappen van UTe2 relevant zijn voor de ontwikkeling van krachtigere kwantumcomputers.
Kwantumcomputers gebruiken kwantumbits (qubits) om informatie op te slaan. Qubits zijn echter kwetsbaar en verliezen hun kwantumtoestand gemakkelijk, waardoor de rekentijd beperkt is. UTe2 kan een type kwantumcomputers mogelijk maken waarbij qubits hun toestand voor onbepaalde tijd kunnen behouden tijdens berekeningen. Dit zou de weg kunnen vrijmaken voor stabielere en praktischere kwantumcomputers.
Met andere woorden: Geen kortstondige kwantumtoestanden meer betekent betrouwbare kwantumcomputers die lang genoeg blijven bestaan om nuttig te zijn.
De bevindingen van de onderzoekers zijn een stap in de richting van het langetermijndoel om geavanceerde kwantumcomputers te bouwen. Hoewel verder onderzoek nodig is, biedt het werk van het UCC-team waardevolle inzichten in de fundamentele supergeleidende eigenschappen van UTe2. Meer in het algemeen zijn materialen zoals UTe2 belangrijk om te begrijpen hoe kwantumeffecten kunnen worden benut voor computertoepassingen.
Computers op hoge snelheid kunnen om de hoek liggen – een verre hoek – en je hoeft je geen zorgen te maken dat deze natuurkundigen je Bitcoin-portemonnee hacken.
