Kontrollerbar Cooper-parsplitter kunne adskille sammenfiltrede elektroner efter behov – Physics World

Kontrollerbar Cooper-parsplitter kunne adskille sammenfiltrede elektroner efter behov – Physics World

Tidsstempel: 14. marts 2024 kl. 9:00


Skematisk, der viser splittede Cooper-par, repræsenteret af blå kugler med pile, der angiver spin i modsat retning, der føres ind i en (kvante)computer
Qubit-materiale: En figur, der skematisk viser, hvordan splittede Cooper-par kan føres ind i en kvantecomputer, der opererer med sammenfiltrede elektroner. (Med høflighed: Fredrik Brange)

Sammenfiltrede partikler - det vil sige dem med kvantetilstande, der forbliver korrelerede uanset afstanden mellem dem - er vigtige for mange kvanteteknologier. Enheder kaldet Cooper-pair splittere kan i princippet generere sådanne sammenfiltrede partikler ved at adskille elektronerne, der parrer sig i superledende materialer, men processen blev anset for at være for tilfældig og ukontrollerbar til at være praktisk anvendelig.

Fysikere kl Aalto Universitet i Finland har nu fremsat et teoretisk forslag, der indikerer, at disse elektronpar faktisk kunne opdeles efter behov ved at påføre tidsafhængige spændinger til kvanteprikker placeret på hver side af en superledende strimmel. Teknikken, som bevarer den sammenfiltrede tilstand af de adskilte elektroner, kan hjælpe med udviklingen af ​​kvantecomputere, der bruger sammenfiltrede elektroner som kvantebits (qubits).

Når et konventionelt superledende materiale afkøles til meget lave temperaturer, overvinder elektronerne i det deres gensidige frastødning og parrer sig. Disse såkaldte Cooper-par forplanter sig gennem materialet uden modstand. De parrede elektroner er naturligt sammenfiltrede med spins, der peger i modsatte retninger. At udtrække og adskille disse elektronpar, samtidig med at deres sammenfiltring bevares, ville være nyttigt til et væld af applikationer, herunder kvanteberegning, men at gøre dette er ingen nem opgave.

I det seneste værk, som er detaljeret i Fysisk gennemgang B, fysikere ledet af teoretiker Christian Flindt foreslå en ny måde at betjene en Cooper pardeler på. Deres design består af en superledende strimmel, der indeholder to elektroder og er koblet til to kvanteprikker (nanostørrelse stykker af halvledende materiale) på hver side af strimlen. Når en spænding påføres elektroderne, trækkes Cooper-parrede elektroner i superlederen til spidsen af ​​den superledende strimmel og bliver adskilt, hvor hver kvanteprik rummer en adskilt elektron ad gangen. Disse adskilte elektroner kan derefter føres videre gennem en nanotråd.

Tidsafhængige spændinger

Nøglen til holdets opsætning er, at den spænding, der påføres elektroden på den ene side af strimlen, varierer i tid, således at præcis to Cooper-par opdeles og udstødes under hver periodisk svingning. "I eksperimenter indtil videre blev de påførte spændinger holdt konstante," forklarer Flindt. "I vores forslag viser vi, hvordan opdelingen af ​​Cooper-par kan styres med tidsafhængige spændinger påført enheden."

Baseret på deres beregninger vurderer Flindt og kolleger, at deres Cooper-parsplitter kunne adskille sammenfiltrede elektroner med en frekvens i gigahertz-området. De fleste moderne computere opererer med urcyklusser i dette område, og for mange kvanteteknologier er det vigtigt at have en tilsvarende hurtig kilde til sammenfiltrede partikler. Faktisk kan en kombination af flere splittere være med til at danne grundlaget for en kvantecomputer, der fungerer ved hjælp af sammenfiltrede elektroner, siger holdet.

Eksperimentalister inviteret til at "samle stafetten op"

Aalto-fysikerne besluttede at foretage deres undersøgelse, fordi de indså, at der var behov for at kontrollere opdelingen af ​​Cooper-par. Deres største udfordring var at finde ud af, hvordan man kan variere spændingerne i tid, så Cooper-parrene ville blive opdelt efter behov. De ser frem til, at det burde være muligt at realisere deres forslag eksperimentelt og håber, at eksperimentalister vil "hente stafetten".

"Det ville også være interessant at undersøge, hvordan vores on-demand Cooper parsplitter kan integreres i et større kvanteelektronisk kredsløb for at udvikle kvanteinformationsbehandling," fortæller Flindt Fysik verden.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden