Een nieuw materiaal gemaakt door onderzoekers van de Oregon State University is een belangrijke stap in de richting van de volgende generatie supercomputers.

Die "kwantumcomputers" zullen in staat zijn om problemen op te lossen die ver buiten het bereik van bestaande computers liggen, terwijl ze veel sneller werken en veel minder energie verbruiken.

Onderzoekers van OSU's College of Science hebben een anorganische verbinding ontwikkeld die een kristalstructuur aanneemt die in staat is een nieuwe staat van materie in stand te houden die bekend staat als kwantumspinvloeistof, een belangrijke stap vooruit in de richting van quantum computing.

In de nieuwe verbinding lithiumosmiumoxide, osmiumatomen vormen een honingraatachtig rooster, het afdwingen van een fenomeen dat "magnetische frustratie" wordt genoemd en dat zou kunnen leiden tot kwantumspinvloeistof, zoals voorspeld door theoretici van de gecondenseerde materie.

Corresponderende auteur Mas Subramanian, Milton Harris hoogleraar materiaalkunde aan OSU, legt uit dat in een permanente magneet zoals een kompasnaald, de elektronen draaien op een uitgelijnde manier - dat wil zeggen, ze draaien allemaal in dezelfde richting.

"Maar in een gefrustreerde magneet, de atomaire rangschikking is zodanig dat de elektronenspins geen geordende uitlijning kunnen bereiken en in plaats daarvan in een constant fluctuerende toestand verkeren, analoog aan hoe ionen in een vloeistof zouden verschijnen, ' zei Subramanian.

Het lithium-osmiumoxide dat bij OSU is ontdekt, vertoont geen bewijs voor magnetische orde, zelfs niet als het is bevroren tot bijna het absolute nulpunt. wat suggereert dat een onderliggende kwantumspin vloeibare toestand mogelijk is voor de verbinding, hij zei.

"We zijn enthousiast over deze nieuwe ontwikkeling omdat het het zoekgebied verbreedt naar nieuwe quantum spin-vloeistofmaterialen die een revolutie teweeg kunnen brengen in de manier waarop we gegevens verwerken en opslaan, Subramanian zei. "Het fenomeen van de kwantumspinvloeistof is tot nu toe in zeer weinig anorganische materialen gedetecteerd. sommige bevatten iridium. Osmium bevindt zich direct naast iridium in het periodiek systeem en heeft alle juiste eigenschappen om verbindingen te vormen die de kwantumspin-vloeistof kunnen ondersteunen."

Arthur Ramírez, fysicus van de gecondenseerde materie aan de Universiteit van Californië, Santa Cruz, een van de co-auteurs van de krant, merkte op dat deze verbinding het eerste materiaal met honingraatstructuur is dat osmium bevat en verwacht dat er meer zullen volgen.

Ramirez merkte ook op dat deze studie het belang aantoont van multidisciplinaire samenwerking waarbij materiaalchemici en fysici van gecondenseerde materie betrokken zijn bij synthese, theorie en metingen om opkomende wetenschap zoals kwantumspinvloeistof aan te pakken.

De volgende stap voor het team van Subramanian is het onderzoeken van de chemie die nodig is om verschillende perfect geordende kristalstructuren met osmium te creëren.

De National Science Foundation financiert het onderzoek via haar DMREF-programma:Designing Materials to Revolutionize and Engineer our Future. De bevindingen zijn vandaag gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

Het concept van kwantumcomputers is gebaseerd op het vermogen van subatomaire deeltjes om op elk moment in meer dan één toestand te bestaan.

Klassiek computergebruik is gebaseerd op bits - stukjes informatie die in een van de twee toestanden bestaan, een 0 of een 1. In kwantumcomputers, informatie wordt vertaald naar kwantumbits, of qubits, die veel meer informatie kunnen opslaan dan een 0 of 1 omdat ze zich in elke "superpositie" van die waarden kunnen bevinden.

Denk aan bits en qubits door een bol te visualiseren. Een bit kan alleen aan een van de twee polen op de bol liggen, terwijl een qubit overal op de bol kan zijn. Dat betekent veel meer informatieopslagpotentieel en veel minder energieverbruik.