Pemisah pasangan Cooper yang dapat dikontrol dapat memisahkan elektron yang terjerat sesuai permintaan – Dunia Fisika

Pemisah pasangan Cooper yang dapat dikontrol dapat memisahkan elektron yang terjerat sesuai permintaan – Dunia Fisika

Stempel Waktu: 14 Maret 2024 9


Skema yang menunjukkan pasangan Cooper yang terpisah, diwakili oleh bola biru dengan panah yang menunjukkan putaran berlawanan arah, dimasukkan ke dalam komputer (kuantum)
Materi Qubit: Gambar yang secara skematis menunjukkan bagaimana pasangan Cooper yang terpecah dapat dimasukkan ke dalam komputer kuantum yang beroperasi dengan elektron yang terjerat. (Sumber: Fredrik Brange)

Partikel yang terjerat – yaitu partikel dengan keadaan kuantum yang tetap berkorelasi terlepas dari jarak di antara mereka – penting bagi banyak teknologi kuantum. Perangkat yang disebut pemisah pasangan Cooper, pada prinsipnya, dapat menghasilkan partikel terjerat dengan memisahkan elektron yang berpasangan dalam bahan superkonduktor, namun prosesnya dianggap terlalu acak dan tidak terkendali untuk dapat digunakan secara praktis.

Fisikawan di Universitas Aalto di Finlandia kini telah mengajukan proposal teoretis yang menunjukkan bahwa pasangan elektron ini sebenarnya dapat dipecah sesuai permintaan dengan menerapkan tegangan yang bergantung pada waktu ke titik-titik kuantum yang ditempatkan di kedua sisi strip superkonduktor. Teknik ini, yang mempertahankan keadaan terjerat dari elektron yang terpisah, mungkin membantu pengembangan komputer kuantum yang menggunakan elektron yang terjerat sebagai bit kuantum (qubit).

Ketika bahan superkonduktor konvensional didinginkan hingga suhu yang sangat rendah, elektron-elektron di dalamnya mengatasi tolakan timbal balik dan berpasangan. Pasangan Cooper ini merambat melalui material tanpa hambatan apa pun. Elektron yang berpasangan secara alami terjerat, dengan putaran yang mengarah ke arah berlawanan. Mengekstraksi dan memisahkan pasangan elektron ini sambil mempertahankan keterikatannya akan berguna untuk sejumlah aplikasi, termasuk komputasi kuantum, namun melakukan hal ini bukanlah tugas yang mudah.

Dalam karya terbaru, yang dirinci dalam Ulasan Fisik B, fisikawan dipimpin oleh ahli teori Christian Flindt mengusulkan cara baru untuk mengoperasikan pemisah pasangan Cooper. Desainnya terdiri dari strip superkonduktor yang berisi dua elektroda dan digabungkan ke dua titik kuantum (potongan bahan semikonduktor berukuran nano) di kedua sisi strip. Ketika tegangan diterapkan pada elektroda, elektron berpasangan Cooper dalam superkonduktor ditarik ke ujung strip superkonduktor dan menjadi terpisah, dengan setiap titik kuantum menampung satu elektron yang terpisah pada satu waktu. Elektron yang terpisah ini kemudian dapat diteruskan melalui kawat nano.

Tegangan bergantung waktu

Kunci dari pengaturan tim ini adalah tegangan yang diterapkan pada elektroda di satu sisi strip bervariasi seiring waktu sehingga tepat dua pasang Cooper terpecah dan dikeluarkan selama setiap osilasi periodik. “Dalam percobaan sejauh ini, tegangan yang diberikan dijaga konstan,” jelas Flindt. “Dalam proposal kami, kami menunjukkan bagaimana pemisahan pasangan Cooper dapat dikontrol dengan tegangan yang bergantung pada waktu yang diterapkan pada perangkat.”

Berdasarkan perhitungan mereka, Flindt dan rekannya memperkirakan bahwa pemisah pasangan Cooper mereka dapat memisahkan elektron yang terjerat pada frekuensi dalam kisaran gigahertz. Sebagian besar komputer modern beroperasi dengan siklus jam dalam rentang ini, dan bagi banyak teknologi kuantum, penting untuk memiliki sumber partikel terjerat yang sama cepatnya. Memang benar, menggabungkan beberapa splitter bersama-sama dapat membantu membentuk dasar komputer kuantum yang beroperasi menggunakan elektron yang terjerat, kata tim tersebut.

Para eksperimentalis diundang untuk “mengambil tongkat estafet”

Fisikawan Aalto memutuskan untuk melakukan penelitian mereka karena mereka menyadari bahwa ada kebutuhan untuk mengendalikan pemisahan pasangan Cooper. Tantangan terbesar mereka adalah mencari cara untuk memvariasikan voltase pada waktunya sehingga pasangan Cooper akan terpecah sesuai permintaan. Ke depan, mereka berpendapat bahwa proposal mereka dapat direalisasikan secara eksperimental dan berharap para eksperimentalis akan “mengambil tongkat estafet”.

“Menarik juga untuk menyelidiki bagaimana pemisah pasangan Cooper sesuai permintaan kami dapat diintegrasikan ke dalam sirkuit elektronik kuantum yang lebih besar untuk mengembangkan pemrosesan informasi kuantum,” kata Flindt. Dunia Fisika.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika