Objetos quânticos magnéticos em supercondutores, os chamados "fluxões, "são particularmente adequados para o armazenamento e processamento de bits de dados. Circuitos de computador baseados em fluxons podem ser operados com velocidade significativamente mais alta enquanto dissipam muito menos calor. Físicos que trabalham com Wolfgang Lang na Universidade de Viena e seus colegas no Johannes-Kepler- A University Linz desenvolveu uma "caixa quântica de ovos" com um método novo e simples. Eles realizaram um arranjo estável e regular de centenas de milhares de fluxons - um desenvolvimento inovador para circuitos baseados em fluxons. Os resultados aparecem na revista Revisão Física Aplicada da American Physical Society.

A aceleração do processamento de dados em computadores está associada a uma maior geração de calor, o que limita o desempenho de computadores rápidos. Os pesquisadores, portanto, buscam circuitos digitais baseados em supercondutores, materiais que podem transportar eletricidade sem perda quando resfriados abaixo de uma determinada temperatura crítica.

Objetos quânticos magnéticos em supercondutores

Dentro de um supercondutor, um campo magnético pode existir apenas em pequenos pedaços quantizados chamados fluxons. Eles são particularmente adequados para o armazenamento e processamento de bits de dados. Em um supercondutor homogêneo, os fluxons estão dispostos em uma rede hexagonal. Usando nanotecnologia moderna, pesquisadores da Universidade de Viena e da Johannes-Kepler-University Linz construíram armadilhas artificiais para fluxons. Por meio dessas armadilhas, os fluxons são forçados a uma formação predefinida.

A importância do desequilíbrio

Até agora, os fluxões só podiam ser observados em equilíbrio termodinâmico, ou seja, em um arranjo uniforme. "Se tentarmos empilhar dois ovos um sobre o outro em uma caixa de ovos e deixar o fosso adjacente vazio, o ovo rolaria rapidamente para um estado de equilíbrio com exatamente um ovo em cada caroço, "explica Wolfgang Lang, da Universidade de Viena. Do ponto de vista do processamento de dados, Contudo, a caixa de ovos totalmente cheia contém poucas informações e, portanto, é inútil. Seria muito mais útil colocar os ovos em um padrão predefinido. Desta forma, por exemplo, Os códigos QR reconhecidos por smartphones podem ser realizados em uma caixa de ovos - obviamente, uma grande quantidade de informações.

Na nanoescala, os pesquisadores agora deram um grande passo ao demonstrar pela primeira vez um estado de não equilíbrio estável de fluxons em uma matriz de mais de 180, 000 armadilhas artificiais. Dependendo do campo magnético externo, os fluxons se organizam em zonas com terraço em que cada armadilha não captura nenhum fluxon, exatamente um, ou vários fluxons. "Mesmo depois de alguns dias, observamos precisamente o mesmo arranjo de fluxons - uma estabilidade de longo prazo que é bastante surpreendente para um sistema quântico, "diz Georg Zechner da Universidade de Viena, o principal autor do estudo.

Nanopadronização de supercondutores por feixes de íons

"A irradiação com feixe de íons mascarado permite a fabricação de nanoestruturas em supercondutores em uma única etapa. Pode ser aplicada com eficiência em grandes áreas, pode ser ampliado para uma escala industrial e não requer nenhum processo químico, "diz Johannes D. Pedarnig, do Instituto de Física Aplicada da Johannes-Kepler-University Linz. Dependendo da máscara usada, virtualmente qualquer estrutura desejada pode ser padronizada no supercondutor. Os cientistas agora estão planejando novos experimentos em nanoestruturas mais sofisticadas, que deve demonstrar a transferência sistemática de fluxons de uma armadilha para a próxima. Este poderia ser mais um passo pioneiro no desenvolvimento de circuitos de computador rápidos baseados em fluxons.