جداکننده جفت کوپر قابل کنترل می تواند الکترون های درهم تنیده را در صورت تقاضا جدا کند - Physics World

جداکننده جفت کوپر قابل کنترل می تواند الکترون های درهم تنیده را در صورت تقاضا جدا کند - Physics World

تمبر زمان: 14 مارس 2024، 9:00 صبح


شماتیکی که جفت‌های کوپر تقسیم‌شده را نشان می‌دهد، که با توپ‌های آبی با فلش‌هایی که چرخش را در جهت مخالف نشان می‌دهند، نشان داده می‌شوند که به یک رایانه (کوانتومی) وارد می‌شوند.
ماده کیوبیت: شکلی که به صورت شماتیک نشان می‌دهد که چگونه جفت‌های کوپر شکافته شده ممکن است به یک کامپیوتر کوانتومی که با الکترون‌های درهم‌تنیده کار می‌کند تغذیه شوند. (با احترام: فردریک برنج)

ذرات درهم تنیده - یعنی آنهایی که حالت‌های کوانتومی دارند که بدون توجه به فاصله بین آنها همبستگی باقی می‌مانند - برای بسیاری از فناوری‌های کوانتومی مهم هستند. دستگاه‌هایی به نام جداکننده‌های جفت کوپر، اصولاً می‌توانند با جدا کردن الکترون‌هایی که در مواد ابررسانا جفت می‌شوند، چنین ذرات درهم‌تنیده‌ای را تولید کنند، اما این فرآیند بیش از حد تصادفی و غیرقابل کنترل در نظر گرفته می‌شد که کاربرد عملی نداشته باشد.

فیزیکدانان در دانشگاه آلتو در فنلاند اکنون یک پیشنهاد نظری ارائه کرده‌اند که نشان می‌دهد این جفت‌های الکترون در واقع می‌توانند در صورت تقاضا با اعمال ولتاژهای وابسته به زمان در نقاط کوانتومی قرار گرفته در دو طرف یک نوار ابررسانا تقسیم شوند. این تکنیک که حالت درهم‌تنیده الکترون‌های جدا شده را حفظ می‌کند، ممکن است به توسعه رایانه‌های کوانتومی کمک کند که از الکترون‌های درهم‌تنیده به عنوان بیت‌های کوانتومی (کیوبیت) استفاده می‌کنند.

هنگامی که یک ماده ابررسانای معمولی تا دمای بسیار پایین سرد می شود، الکترون های درون آن بر دافعه متقابل خود غلبه کرده و جفت می شوند. این جفت‌های به اصطلاح کوپر بدون هیچ مقاومتی در مواد منتشر می‌شوند. الکترون های جفت شده به طور طبیعی با اسپین هایی که در جهات مخالف قرار می گیرند در هم تنیده هستند. استخراج و جداسازی این جفت‌های الکترون با حفظ درهم تنیدگی آنها برای بسیاری از کاربردها از جمله محاسبات کوانتومی مفید خواهد بود، اما انجام این کار آسانی نیست.

در آخرین کار که به تفصیل در بررسی فیزیکی ب، فیزیکدانان به رهبری نظریه پرداز کریستین فلینت یک راه جدید برای کار با یک جفت شکاف کوپر پیشنهاد کنید. طراحی آنها از یک نوار ابررسانا تشکیل شده است که شامل دو الکترود است و به دو نقطه کوانتومی (قطعه های نانوذرات مواد نیمه هادی) در دو طرف نوار جفت شده است. هنگامی که ولتاژی به الکترودها اعمال می شود، الکترون های جفت کوپر درون ابررسانا به نوک نوار ابررسانا کشیده می شوند و از هم جدا می شوند و هر نقطه کوانتومی هر بار یک الکترون جدا شده را در خود جای می دهد. سپس این الکترون های جدا شده را می توان از طریق یک نانوسیم عبور داد.

ولتاژهای وابسته به زمان

کلید راه اندازی تیم این است که ولتاژ اعمال شده به الکترود در یک طرف نوار در زمان متفاوت است به طوری که دقیقاً دو جفت کوپر در طول هر نوسان دوره ای شکافته شده و خارج می شوند. فلینت توضیح می‌دهد: «در آزمایش‌هایی که تاکنون انجام شده، ولتاژهای اعمال شده ثابت نگه داشته شده‌اند. در طرح پیشنهادی خود، نشان می‌دهیم که چگونه می‌توان تقسیم جفت‌های کوپر را با ولتاژهای وابسته به زمان اعمال شده به دستگاه کنترل کرد.

بر اساس محاسبات خود، فلینت و همکاران تخمین می زنند که شکاف دهنده جفت کوپر آنها می تواند الکترون های درهم تنیده را در فرکانسی در محدوده گیگاهرتز جدا کند. اکثر رایانه‌های مدرن با چرخه‌های ساعت در این محدوده کار می‌کنند و برای بسیاری از فناوری‌های کوانتومی، داشتن منبع سریع مشابه ذرات درهم‌تنیده مهم است. این تیم می‌گوید در واقع، ترکیب چندین تقسیم‌کننده با هم می‌تواند به شکل‌گیری پایه یک کامپیوتر کوانتومی کمک کند که با استفاده از الکترون‌های درهم‌تنیده کار می‌کند.

دعوت از آزمایش‌گران برای "برداشتن باتوم"

فیزیکدانان آلتو تصمیم گرفتند مطالعه خود را انجام دهند زیرا متوجه شدند که نیاز به کنترل تقسیم جفت های کوپر وجود دارد. بزرگترین چالش آنها این بود که بفهمند چگونه ولتاژها را در زمان تغییر دهند به طوری که جفت‌های کوپر بر حسب تقاضا تقسیم شوند. با نگاه به آینده، آنها فکر می‌کنند که می‌توان پیشنهاد خود را به صورت آزمایشی محقق کرد و امیدوارند که تجربی‌گرایان «چماق را بردارند».

فلینت می گوید: «همچنین جالب است که بررسی کنیم چگونه جداکننده جفت کوپر درخواستی ما می تواند در یک مدار الکترونیکی کوانتومی بزرگتر برای توسعه پردازش اطلاعات کوانتومی ادغام شود. دنیای فیزیک.

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک