מפצל זוג קופר הניתן לשליטה יכול להפריד אלקטרונים סבוכים לפי דרישה - עולם הפיזיקה

חלקיקים סבוכים - כלומר, אלה עם מצבים קוונטיים שנשארים בקורלציה ללא קשר למרחק ביניהם - חשובים עבור טכנולוגיות קוונטיות רבות. מכשירים הנקראים קופר-זוג מפצלים יכולים, באופן עקרוני, ליצור חלקיקים סבוכים כאלה על ידי הפרדת האלקטרונים שמתחברים בתוך חומרים מוליכים-על, אך התהליך נחשב אקראי ובלתי נשלט מכדי שיהיה שימוש מעשי.

פיזיקאים ב אוניברסיטת אלטו בפינלנד הציעו כעת הצעה תיאורטית המציינת כי ניתן למעשה לפצל את צמדי האלקטרונים הללו לפי דרישה על ידי הפעלת מתחים תלויי זמן על נקודות קוונטיות הממוקמות משני צידי רצועה מוליך-על. הטכניקה, המשמרת את המצב המסובך של האלקטרונים המופרדים, עשויה לסייע בפיתוח של מחשבים קוונטיים המשתמשים באלקטרונים מסובכים כסיביות קוונטיות (קיוביטים).

כאשר חומר מוליך-על קונבנציונלי מקורר לטמפרטורות נמוכות מאוד, האלקטרונים שבתוכו מתגברים על הדחייה ההדדית שלהם ומתחברים. זוגות הקופר כביכול מתפשטים דרך החומר ללא כל התנגדות. האלקטרונים המזווגים מסתבכים באופן טבעי, עם ספינים שמצביעים בכיוונים מנוגדים. חילוץ והפרדה של צמדי האלקטרונים הללו תוך שימור ההסתבכות שלהם יהיה שימושי עבור שורה של יישומים, כולל מחשוב קוונטי, אבל לעשות זאת היא משימה לא פשוטה.

בעבודה האחרונה, המפורטת ב סקירה פיזית ב, פיזיקאים בראשות תיאורטיקן כריסטיאן פלינדט להציע דרך חדשה לתפעול מפצל זוג קופר. העיצוב שלהם מורכב מרצועה מוליך-על המכילה שתי אלקטרודות ומחוברת לשתי נקודות קוונטיות (חתיכות ננו-גודל של חומר מוליכים למחצה) משני צידי הרצועה. כאשר מתח מופעל על האלקטרודות, אלקטרונים המזוהים עם קופר בתוך המוליך-העל נמשכים לקצה הרצועה המוליכת-על ומופרדים, כאשר כל נקודה קוונטית מכילה אלקטרון מופרד אחד בכל פעם. לאחר מכן ניתן להעביר את האלקטרונים המופרדים הללו דרך ננו-תיל.

מתחים תלויי זמן

המפתח להגדרה של הצוות הוא שהמתח המופעל על האלקטרודה בצד אחד של הרצועה משתנה בזמן כך ששני זוגות קופר בדיוק מפוצלים ונפלטים במהלך כל תנודה תקופתית. "בניסויים עד כה, המתחים המופעלים נשמרו קבועים", מסביר פלינדט. "בהצעה שלנו, אנו מראים כיצד ניתן לשלוט בפיצול של זוגות קופר באמצעות מתחים תלויי זמן המופעלים על המכשיר."

בהתבסס על החישובים שלהם, פלינדט ועמיתיו מעריכים כי מפצל צמד קופר שלהם יכול להפריד אלקטרונים סבוכים בתדר בטווח הג'יגה-הרץ. רוב המחשבים המודרניים פועלים עם מחזורי שעון בטווח הזה, ולהרבה טכנולוגיות קוונטיות חשוב שיהיה מקור מהיר דומה של חלקיקים מסתבכים. ואכן, שילוב של מספר מפצלים יחד יכול לעזור ליצור את הבסיס של מחשב קוונטי הפועל באמצעות אלקטרונים סבוכים, אומר הצוות.

נסיינים מוזמנים "להרים את השרביט"

הפיזיקאים של Aalto החליטו לבצע את המחקר שלהם מכיוון שהם הבינו שיש צורך לשלוט בפיצול של זוגות קופר. האתגר הגדול ביותר שלהם היה להבין כיצד לשנות את המתחים בזמן כך שצמדי הקופר יתפצלו לפי דרישה. במבט קדימה, הם חושבים שצריך להיות אפשרי לממש את הצעתם בניסוי ומקווים שהניסויים "ירימו את השרביט".

"זה יהיה גם מעניין לחקור כיצד ניתן לשלב את מפצל הצמד קופר שלנו לפי דרישה במעגל אלקטרוני קוונטי גדול יותר כדי לפתח עיבוד מידע קוונטי", אומר פלינדט עולם הפיזיקה.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/controllable-cooper-pair-splitter-could-separate-entangled-electrons-on-demand/