Ohjattava Cooper-parinjakaja voi tarvittaessa erottaa sotkeutuneita elektroneja – Physics World

Kietoutuneet hiukkaset – toisin sanoen ne, joiden kvanttitilat pysyvät korreloituina niiden välisestä etäisyydestä riippumatta – ovat tärkeitä monille kvanttiteknologioille. Cooper-parinjakajiksi kutsutut laitteet voivat periaatteessa tuottaa tällaisia ​​kietoutuneita hiukkasia erottamalla suprajohtavien materiaalien sisällä pariutuneet elektronit, mutta prosessia pidettiin liian satunnaisena ja hallitsemattomana, jotta siitä olisi käytännön hyötyä.

Fyysikot klo Aalto-yliopisto Suomessa on nyt esitetty teoreettinen ehdotus, jonka mukaan nämä elektroniparit voitaisiin itse asiassa jakaa tarpeen mukaan kohdistamalla aikariippuvaisia ​​jännitteitä suprajohtavan nauhan kummallekin puolelle sijoitettuihin kvanttipisteisiin. Tekniikka, joka säilyttää erotettujen elektronien sotkeutuneen tilan, saattaa auttaa kehittämään kvanttitietokoneita, jotka käyttävät kietoutuneita elektroneja kvanttibitteinä (qubits).

Kun tavanomainen suprajohtava materiaali jäähdytetään hyvin alhaisiin lämpötiloihin, sen sisällä olevat elektronit ylittävät keskinäisen hylkäyksensä ja muodostavat parin. Nämä niin sanotut Cooper-parit etenevät materiaalin läpi ilman vastusta. Parilliset elektronit ovat luonnollisesti kietoutuneita, ja spinit osoittavat vastakkaisiin suuntiin. Näiden elektroniparien erottaminen ja erottaminen säilyttäen niiden kietoutumisen olisi hyödyllistä monille sovelluksille, mukaan lukien kvanttilaskenta, mutta tämän tekeminen ei ole helppoa.

Uusimmassa teoksessa, joka on kuvattu yksityiskohtaisesti Fyysinen arviointi B, fyysikot teoreetikon johdolla Christian Flindt ehdottaa uutta tapaa käyttää Cooper-parinjakajaa. Niiden rakenne koostuu suprajohtavasta nauhasta, joka sisältää kaksi elektrodia ja on kytketty kahteen kvanttipisteeseen (nanosoituihin puolijohdemateriaalin palasiin) nauhan kummallakin puolella. Kun elektrodeihin kohdistetaan jännite, suprajohteen sisällä olevat Cooper-pariset elektronit vedetään suprajohtavan nauhan kärkeen ja erottuvat, jolloin jokainen kvanttipiste mahtuu yksi erotettu elektroni kerrallaan. Nämä erotetut elektronit voidaan sitten siirtää nanolangan läpi.

Aikariippuvaiset jännitteet

Avain tiimin kokoonpanoon on, että nauhan toisella puolella olevaan elektrodiin syötetty jännite vaihtelee ajallisesti siten, että täsmälleen kaksi Cooper-paria jakautuu ja työntyy ulos jokaisen jaksollisen värähtelyn aikana. "Toistaiseksi tehdyissä kokeissa käytetyt jännitteet pidettiin vakiona", Flindt selittää. "Esityksessämme näytämme, kuinka Cooper-parien jakamista voidaan ohjata laitteeseen kohdistetuilla ajasta riippuvilla jännitteillä."

Laskelmiensa perusteella Flindt ja kollegat arvioivat, että heidän Cooper-parinjakajansa voisi erottaa kietoutuneita elektroneja gigahertsin taajuudella. Useimmat nykyaikaiset tietokoneet toimivat tämän alueen kellojaksoilla, ja monille kvanttiteknologioille on tärkeää saada yhtä nopea sotkeutuneiden hiukkasten lähde. Itse asiassa useiden jakajien yhdistäminen voisi auttaa muodostamaan perustan kvanttitietokoneelle, joka toimii sotkeutuneiden elektronien avulla, tiimi sanoo.

Kokeilijat kutsutaan "poimimaan viestikapula"

Aallon fyysikot päättivät ryhtyä tutkimukseen, koska he ymmärsivät, että Cooper-parien jakautumista on tarpeen hallita. Heidän suurin haasteensa oli keksiä, kuinka jännitteitä vaihdettaisiin ajassa niin, että Cooper-parit jaetuksiin tarpeen mukaan. He katsovat eteenpäin katsoen, että heidän ehdotuksensa pitäisi olla mahdollista toteuttaa kokeellisesti ja toivovat, että kokeilijat "ottavat viestikapula".

"Olisi myös mielenkiintoista tutkia, kuinka on-demand Cooper-parinjakajamme voidaan integroida suurempaan kvanttielektroniikkapiiriin kvanttitietojen käsittelyn kehittämiseksi", Flindt kertoo. Fysiikan maailma.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/controllable-cooper-pair-splitter-could-separate-entangled-electrons-on-demand/