A vezérelhető Cooper párosztó igény szerint szétválaszthatja az összegabalyodott elektronokat – Physics World

A vezérelhető Cooper párosztó igény szerint szétválaszthatja az összegabalyodott elektronokat – Physics World

Időbélyeg: 14. március 2024. 9:00


A (kvantum)számítógépbe betáplált felosztott Cooper-párokat ábrázoló sematikus vázlat, amelyet kék golyók ábrázolnak nyilakkal, amelyek ellentétes irányú forgást jeleznek.
Qubit anyag: Egy ábra, amely vázlatosan bemutatja, hogyan lehet a kettéosztott Cooper-párokat betáplálni egy kvantumszámítógépbe, amely összefonódott elektronokkal működik. (Jóvolt: Fredrik Brange)

Az összegabalyodott részecskék – vagyis azok, amelyek kvantumállapotai korrelációban maradnak, függetlenül a köztük lévő távolságtól – számos kvantumtechnológia számára fontosak. A Cooper-pair splitternek nevezett eszközök elvileg képesek ilyen összegabalyodott részecskéket generálni a szupravezető anyagokon belül párosodó elektronok szétválasztásával, de a folyamatot túl véletlenszerűnek és ellenőrizhetetlennek tartották ahhoz, hogy gyakorlati hasznát lehessen venni.

Fizikusok at Aalto Egyetem Finnországban most olyan elméleti javaslatot terjesztettek elő, amely azt jelzi, hogy ezeket az elektronpárokat valójában igény szerint fel lehet osztani oly módon, hogy a szupravezető szalag két oldalán elhelyezett kvantumpontokra időfüggő feszültséget kapcsolnak. A technika, amely megőrzi az elválasztott elektronok kusza állapotát, elősegítheti olyan kvantumszámítógépek kifejlesztését, amelyek az összegabalyodott elektronokat kvantumbitekként (qubitek) használják.

Ha egy hagyományos szupravezető anyagot nagyon alacsony hőmérsékletre hűtenek le, a benne lévő elektronok legyőzik kölcsönös taszításukat és párba állnak. Ezek az úgynevezett Cooper-párok ellenállás nélkül terjednek át az anyagon. A párosított elektronok természetesen összegabalyodnak, spinekkel ellentétes irányba mutatnak. Ezen elektronpárok kinyerése és szétválasztása az összefonódásuk megőrzése mellett számos alkalmazás számára hasznos lenne, beleértve a kvantumszámítást is, de ez nem könnyű feladat.

A legfrissebb munkában, amelyet részletesen a Fizikai áttekintés B, fizikusok vezetésével teoretikus Christian Flindt új módot javasol a Cooper-párelosztó működtetésére. Kialakításuk egy szupravezető szalagból áll, amely két elektródát tartalmaz, és két kvantumponthoz (nanosizált félvezető anyagdarabokhoz) kapcsolódik a szalag két oldalán. Amikor feszültséget kapcsolunk az elektródákra, a szupravezetőben lévő Cooper-páros elektronok a szupravezető szalag csúcsához húzódnak, és szétválnak, és minden kvantumpont egyszerre egy elválasztott elektront fogad be. Ezek az elválasztott elektronok ezután nanoszálon keresztül továbbíthatók.

Időfüggő feszültségek

A csapat felépítésének kulcsa az, hogy a szalag egyik oldalán lévő elektródára adott feszültség időben változik úgy, hogy pontosan két Cooper-pár hasad fel és kilökődik minden egyes periodikus oszcilláció során. „Az eddigi kísérletekben az alkalmazott feszültségeket állandó szinten tartották” – magyarázza Flindt. "Javaslatunkban bemutatjuk, hogy a Cooper-párok felosztása hogyan szabályozható a készülékre adott időfüggő feszültségekkel."

Flindt és munkatársai számításaik alapján úgy becsülik, hogy Cooper-párosztójuk gigahertzes frekvencián képes szétválasztani az összegabalyodott elektronokat. A legtöbb modern számítógép ebben a tartományban üzemel, és számos kvantumtechnológia esetében fontos, hogy hasonló gyorsaságú összegabalyodott részecskék forrása legyen. Valójában több elosztó összekapcsolása segíthet egy olyan kvantumszámítógép alapját képezni, amely összefonódott elektronok felhasználásával működik, mondja a csapat.

„A stafétabotot” meghívták a kísérletezők

Az Aalto fizikusai azért döntöttek a vizsgálat mellett, mert rájöttek, hogy ellenőrizni kell a Cooper-párok szétválását. A legnagyobb kihívás az volt, hogy kitalálják, hogyan változtathatják a feszültségeket időben úgy, hogy a Cooper-párok igény szerint szét legyenek osztva. Előretekintve úgy gondolják, hogy javaslatukat kísérletileg is meg kell valósítani, és remélik, hogy a kísérletezők „felveszik a stafétabotot”.

„Érdekes lenne azt is megvizsgálni, hogyan integrálható az igény szerinti Cooper párosztó egy nagyobb kvantumelektronikai áramkörbe, hogy kvantuminformáció-feldolgozást fejlesszünk ki” – mondja Flindt. Fizika Világa.

Időbélyeg:

Még több Fizika Világa