制御可能なクーパーペアスプリッターは、オンデマンドで絡み合った電子を分離できる – Physics World

もつれ粒子、つまり粒子間の距離に関係なく相関を保った量子状態を持つ粒子は、多くの量子技術にとって重要です。クーパーペアスプリッターと呼ばれる装置は、原理的には超伝導材料内で対になっている電子を分離することでこのような絡み合った粒子を生成できるが、そのプロセスはランダムすぎて制御不能で実用には耐えられないと考えられていた。

の物理学者 アールト大学 フィンランドの研究者らは、超伝導ストリップの両側に配置された量子ドットに時間依存の電圧を印加することで、実際にこれらの電子対を要求に応じて分割できることを示す理論的提案を提出した。分離された電子のもつれ状態を保存するこの技術は、もつれ電子を量子ビット（量子ビット）として使用する量子コンピューターの開発に役立つ可能性がある。

従来の超伝導材料が非常に低い温度まで冷却されると、その中の電子は相互反発を克服してペアになります。これらのいわゆるクーパーペアは、抵抗なく材料中を伝播します。対になった電子は自然に絡み合い、スピンは反対方向を向いています。これらの電子対のもつれを維持しながら抽出および分離できれば、量子コンピューティングを含む多くのアプリケーションに役立ちますが、これを行うのは簡単な作業ではありません。

最新作では、 身体的評価B、理論家が率いる物理学者 クリスチャン・フリント Cooper ペア スプリッターを操作する新しい方法を提案します。彼らの設計は、2 つの電極を含み、ストリップの両側にある 2 つの量子ドット (ナノサイズの半導体材料片) に結合された超伝導ストリップで構成されています。電極に電圧が印加されると、超電導体内のクーパー対電子が超電導ストリップの先端に引き寄せられて分離され、各量子ドットには一度に 1 つの分離された電子が収容されます。これらの分離された電子は、ナノワイヤを通って通過することができます。

時間依存の電圧

研究チームのセットアップの鍵は、ストリップの片側の電極に印加される電圧が時間とともに変化し、各周期振動中に正確に 2 つのクーパーペアが分割されて放出されることです。 「これまでの実験では、印加電圧は一定に保たれていました」とフリント氏は説明する。 「私たちの提案では、デバイスに印加される時間依存の電圧によってクーパーペアの分割をどのように制御できるかを示しています。」

計算に基づいて、Flindt らは、クーパーペア スプリッターがギガヘルツ範囲の周波数でもつれた電子を分離できると推定しています。最新のコンピューターのほとんどはこの範囲のクロック サイクルで動作しており、多くの量子テクノロジーにとって、同様に高速なもつれ粒子のソースを持つことが重要です。実際、複数のスプリッターを組み合わせれば、電子のもつれを利用して動作する量子コンピューターの基礎を形成するのに役立つ可能性がある、と研究チームは述べている。

「バトンを受け取る」よう招待された実験者たち

アアルトの物理学者たちは、クーパー対の分裂を制御する必要があると認識したため、研究を開始することにしました。彼らの最大の課題は、クーパーペアがオンデマンドで分割されるように電圧を時間内に変化させる方法を見つけ出すことでした。彼らは将来を見据えて、自分たちの提案を実験的に実現できるはずだと考えており、実験者たちが「バトンを拾ってくれる」ことを期待している。

「量子情報処理を開発するために、当社のオンデマンドクーパーペアスプリッターをより大きな量子電子回路にどのように統合できるかを調査することも興味深いでしょう」とフリント氏は語る 物理学の世界.

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/controllable-cooper-pair-splitter-could-separate-entangled-electrons-on-demand/