ساخت باتری کوانتومی با استفاده از اثر جزفسون

ساخت باتری کوانتومی با استفاده از اثر جزفسون

باتری‌ کوانتومی از جمله پیشرفته‌ترین تکنولوژی‌های دنیا است که روز به روز مطالعات بیشتری را به خود اختصاص می‌دهد. این باتری‌ها در کامپیوتر‌های کوانتومی کاربرد دارند . همین طور همانند یک باتری معمولی که ولتاژ را برای مدار الکترونیکی تامین می‌کند، عمل خواهند کرد. به تازگی دانشمندان با انتشار مقاله‌ای در ژورنال Nature با استفاده از اثر جزفسون، یک باتری فازی ساخنتد.

باتری فازی

باتری فازی نوعی باتری کوانتومی است که یک فاز پایدار به عنوان بایاس به تابع موج یک مدار کوانتومی تحویل می‌دهد . عملکرد آن در حالت کلی همانند باتری های معمولی می‌باشد.

 این باتری کوانتومی یک ساختار هیبریدی از مدارات ابررسانا دارد که از نانوسیم‌های InAs نوع n در آن استفاده شده است.

ساختار باتری فازی

در این ساختار، ماده‌ی ابر رسانا آلومینیوم بوده که نقش هدایت جریان را در داخل سیستم بر عهده داشته است. در این تحقیق مشخص شد که “قطبیت فرومغناطیس اسپین‌های جفت نشده” قابلیت تبدیل به یک بایاس فازی پایدار را دارد . این پدیده به دلیل اثر جزفسون ظهور پیدا کرده است. با استفاده از یک میدان خارجی، می‌توان این فاز را تنظیم نمود . به این ترتیب قابلیت شارژ و دشارژ در این باتری کوانتومی نمایان خواهد شد.

شکل زیر یک نمای گرافیکی از نانوسیم InAs (قرمز) را نشان می دهد که بین دو ابررسانا (آبی) قرار گرفته است. در این نانوسیم، دوقطبی‌ها (زرد) قابلیت تبدیل به یک بایاس فازی را دارند و با ترکیب با یک مدار ابررسانا، جریانی متناسب با این فاز به دست خواهد آمد. این جریان در شکل نشان داده شده است:

برای به دست آوردن فاز ایجاد شده توسط اثر جزفسون، از یک ساختار تداخلی کوانتومی ابررسانا موسوم به SQUID استفاده شد. شکل زیر این ساختار را که از نانوسیم‌های InAs و ابررسانای آلومینیوم تشکیل شده را نمایش داده . مشاهده می‌شود که جریان به چه صورت داخل ساختار جریان خواهد یافت:

نتیجه

بدون شک این تحقیق در مسیر تحقق کامپیوترهای کوانتومی گام مهمی را برداشته اما برای تکمیل و رفع نواقص نیازمند مطالعات و آزمایشات بیشتر است . با این روند شاهد ظهور کامپیوترهای کوانتومی در سطح وسیعی خواهیم بود . این تحقیق بر مبنای نانوسیم‌های InAs انجام شد اما ساختارهای بسیار زیادی مانند نقاط کوانتومی وجود دارد که می‌توان در این زمینه به کار برد.

منبع:A Josephson phase battery

تاریخ انتشار مقاله: 15 ژوئن 2020