Simetri lubang-elektron dalam titik-titik kuantum menjanjikan untuk komputasi kuantum – Dunia Fisika

Beberapa fenomena unik yang dapat menguntungkan komputasi kuantum telah diamati pada titik-titik kuantum yang terbuat dari graphene bilayer. Penelitian dilakukan oleh Christoph Stampfer di RWTH Aachen University dan rekannya di Jerman dan Jepang, yang menunjukkan bagaimana struktur dapat menampung elektron di satu lapisan dan lubang di lapisan lainnya. Terlebih lagi, keadaan spin kuantum dari kedua entitas ini hampir merupakan cermin sempurna satu sama lain.

Quantum dot adalah bagian kecil dari semikonduktor dengan sifat elektronik yang lebih mirip atom daripada bahan massal. Misalnya, sebuah elektron dalam titik kuantum tereksitasi menjadi serangkaian tingkat energi terkuantisasi – seperti dalam atom. Ini tidak seperti padatan konvensional, di mana elektron tereksitasi menjadi pita konduksi. Perilaku seperti atom ini dapat disesuaikan dengan menyesuaikan ukuran dan bentuk titik kuantum.

Titik kuantum dapat dibuat menggunakan potongan-potongan kecil graphene, yang merupakan lembaran karbon setebal satu atom. Titik-titik kuantum semacam itu dapat dibuat hanya dari satu lembar graphene, dua lembar (graphene bilayer) atau lebih.

Spin qubit yang menarik

Salah satu aplikasi titik kuantum graphene yang menjanjikan adalah membuat bit kuantum (qubit) yang menyimpan informasi kuantum dalam keadaan putaran elektron. Seperti yang dijelaskan Stampfer, pengembangan titik-titik kuantum graphene memiliki implikasi penting bagi pengembangan komputer kuantum. “Titik-titik kuantum Graphene, pertama kali dikenali pada tahun 2007, muncul sebagai host yang menarik untuk spin qubit, yang dapat menggunakan titik-titik kuantum elektron dan lubang untuk memfasilitasi penggabungan jarak jauh,” katanya. Lubang adalah entitas mirip partikel yang dibuat dalam semikonduktor ketika sebuah elektron tereksitasi. “Terobosan ini telah meletakkan dasar untuk platform komputasi kuantum yang menjanjikan berdasarkan spin qubit solid-state,” tambahnya.

Sekarang, Stampfer dan rekannya telah mendorong ide tersebut lebih jauh dengan membuat titik-titik kuantum dari graphene bilayer. Di sini, setiap lapisan graphene berfungsi sebagai titik kuantum individu, tetapi berinteraksi erat dengan pasangannya di lapisan lainnya.

Graphene bilayer dapat menjebak elektron dan lubang ketika tegangan eksternal diterapkan melewatinya – menciptakan struktur gerbang yang unik. Mengikuti upaya baru-baru ini untuk mengurangi gangguan pada struktur molekul graphene bilayer, tim Stampfer kini telah mencapai tonggak sejarah baru dalam bidang penelitian ini.

Keteraturan gerbang

“Pada tahun 2018, pendekatan ini pertama kali memungkinkan untuk sepenuhnya memanfaatkan celah pita unik yang diinduksi medan listrik dalam graphene bilayer untuk membatasi pembawa muatan tunggal,” jelas Stampfer. “Dengan semakin meningkatkan tunability gerbang, sekarang dimungkinkan untuk membuat perangkat quantum dot yang melampaui apa yang dapat dilakukan dalam bahan quantum dot termasuk silikon, germanium, atau gallium arsenide.”

Keuntungan utama dari struktur bilayer adalah sifat keadaan putaran elektron dan lubang titik kuantum. Melalui percobaan mereka, tim menemukan bahwa keadaan masing-masing elektron dan lubang di salah satu lapisan graphene hampir sempurna dicerminkan pada pasangan yang ditemukan di lapisan lainnya.

“Kami menunjukkan bahwa titik-titik kuantum ganda lubang elektron graphene bilayer memiliki simetri lubang partikel yang hampir sempurna,” lanjut Stampfer. “Hal ini memungkinkan transportasi melalui penciptaan dan pemusnahan pasangan lubang elektron tunggal dengan bilangan kuantum yang berlawanan.”

Graphene bilayer berkualitas tinggi berukuran besar

Hasil ini bisa memiliki implikasi penting untuk sistem komputasi kuantum yang menggunakan elektron-spin qubit. Ini karena seharusnya mungkin untuk menggabungkan qubit seperti itu bersama-sama dalam jarak yang lebih jauh, sambil membaca keadaan simetris putarannya dengan lebih andal. Ini pada akhirnya dapat memungkinkan komputer kuantum menjadi jauh lebih terukur, canggih, dan tahan terhadap kesalahan daripada desain yang ada.

Tim Stampfer juga mempertimbangkan banyak kemungkinan aplikasi di luar komputasi kuantum. memprediksi bagaimana titik-titik kuantum graphene bilayer dapat memberikan dasar untuk detektor skala nano untuk gelombang terahertz, dan bahkan dapat digabungkan ke superkonduktor untuk menciptakan sumber pasangan partikel terjerat yang efisien.

Melalui penelitian masa depan mereka, para peneliti sekarang akan bertujuan untuk menggali lebih dalam kemampuan titik-titik kuantum graphene bilayer; berpotensi membawa aplikasi luas mereka dalam teknologi kuantum selangkah lebih dekat.

Penelitian tersebut dijelaskan dalam Alam.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Keuangan EVM. Antarmuka Terpadu untuk Keuangan Terdesentralisasi. Akses Di Sini.
• Grup Media Kuantum. IR/PR Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Kecerdasan Data Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/electron-hole-symmetry-in-quantum-dots-shows-promise-for-quantum-computing/