خلاصه خبر:
فیزیکدانان با ایجاد حالت های الکترونیکیِ مولکولی مانند در مدارهای ابررسانا به موفقیت دست یافتند. ابررساناها با مقاومت الکتریکی صفر، بهره وری انرژی و اثرات کوانتومی منحصر به فردی را ارائه میدهند. محققان بر روی پدیده ای به نام "مولکول Andreev" تمرکز کرده که میتواند در رایانه های کوانتومی آینده استفاده شود. آنها با پیوند دو اتصال جوزفسون، ظهور پدیده "انتقال ابررسانایی عجیب" را مشاهده کردند. این قابلیت کنترل، به یک اتصال اجازه می دهد تا بر دیگری تأثیر گذاشته و به طور بالقوه منجر به مدارهای کارآمدتر شود. این تیم از آرسنید ایندیم و آلومینیوم برای ساخت اتصالات استفاده کرده و سطوح انرژی مربوط به مولکول‌های Andreev را مشاهده کردند. این کشف دری را برای مهندسی پدیده های انتقال ابررسانایی جدید باز میکند که پیامدهایی برای محاسبات کوانتومی، حالت‌های ابررسانای توپولوژیکی و دستگاه‌های اطلاعات کوانتومی دارد.
توضیحات تکمیلی:
فیزیکدانان RIKEN در ایجاد حالت‌های الکترونیکی مولکول‌مانند در مدارهای ابررسانا پیشرفت کرده‌اند و کاربردهای بالقوه‌ای را در رایانه‌های کوانتومی آینده ارائه می‌کنند. ابررساناها که مقاومت الکتریکی آنها صفر است، بهره وری انرژی را ارائه داد و اثرات کوانتومی منحصر به فردی را نیز نشان می دهند. محققان بر روی پدیده‌ای به نام مولکول آندریف ( Andreev molecule) با مفاهیمی برای فناوری اطلاعات کوانتومی تمرکز کردند. با پیوند نزدیک دو اتصال جوزفسون، آنها شکل گیری حالت های محدود آندریف را مشاهده کردند که منجر به ظهور پدیده های انتقال ابررسانایی عجیب شد. این قابلیت کنترل، به یک اتصال جوزفسون اجازه می دهد تا بر دیگری تأثیر بگذارد و به طور بالقوه یکسو کننده های کارآمدتر را در مدارهای ابررسانا فعال می کند.
این تیم دو اتصال جوزفسون را با استفاده از یک لایه نازک از آرسنید ایندیم ساختند و آنها را از طریق یک الکترود ابررسانای مشترک ساخته شده از آلومینیوم کوپل کردند. اندازه‌گیری‌های طیف‌سنجی تونل‌زنی به آنها اجازه داد تا سطوح انرژی مربوط به مولکول‌های آندریف را مشاهده کنند. این پیشرفت، بینش های اساسی در مورد مولکول های آندریف ارائه می دهد و راه را برای مهندسی پدیده های جدید انتقال ابررسانایی در آینده هموار می کند.
این کشف پیامدهای مهمی برای فیزیک بنیادی و کاربردی دارد. حالت‌های مولکولی آندریف فرصت‌هایی را برای مهندسی حالت‌های ابررسانای توپولوژیکی و کیوبیت‌های آندریف ارائه میدهند. با مدل کردن طیف های آندریف در اتصالات جوزفسون کوپل شده، محققان می توانند انتقال ابررسانایی حاصل از مولکول های آندریف را دستکاری کرده و به توسعه دستگاه های اطلاعات کوانتومی کمک کنند.
توانایی کنترل مولکول‌های آندریف در مدارهای ابررسانا گامی حیاتی به سوی پیشرفت فناوری‌های محاسباتی کوانتومی است. این یافته‌ها نه تنها درک ما از ابررسانایی را عمیق‌تر میکند، بلکه درهایی را برای استفاده از ویژگی‌های منحصر به فرد سیستم‌های کوانتومی برای کاربردهای عملی در حوزه پردازش اطلاعات کوانتومی باز میکند.
منبع
Sadashige Matsuo et al, Phase-dependent Andreev molecules and superconducting gap closing in coherently-coupled Josephson junctions, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-44111-3
