제어 가능한 쿠퍼 쌍 스플리터는 필요에 따라 얽힌 전자를 분리할 수 있습니다.

제어 가능한 쿠퍼 쌍 스플리터는 필요에 따라 얽힌 전자를 분리할 수 있습니다.

타임 스탬프 : 14 년 2024 월 9 일 오전 00시 XNUMX 분


반대 방향의 회전을 나타내는 화살표가 있는 파란색 공으로 표시되고 (양자) 컴퓨터에 공급되는 분할된 쿠퍼 쌍을 보여주는 도식
큐비트 재료: 분할된 쿠퍼 쌍이 얽힌 전자로 작동하는 양자 컴퓨터에 어떻게 공급될 수 있는지를 개략적으로 보여주는 그림입니다. (제공: 프레드릭 브랜지)

얽힌 입자, 즉 입자 사이의 거리에 관계없이 상관 관계를 유지하는 양자 상태를 갖는 입자는 많은 양자 기술에 중요합니다. 쿠퍼 쌍 분리기(Cooper-pair Splitter)라고 불리는 장치는 원칙적으로 초전도 물질 내에서 쌍을 이루는 전자를 분리함으로써 얽힌 입자를 생성할 수 있지만, 이 과정은 너무 무작위적이고 제어할 수 없어 실용적이지 못한 것으로 간주되었습니다.

물리학자 아 알토 대학 핀란드에서는 초전도 스트립의 양쪽에 배치된 양자점에 시간 의존적 전압을 적용함으로써 실제로 이러한 전자쌍이 필요에 따라 분할될 수 있음을 나타내는 이론적 제안을 제시했습니다. 분리된 전자의 얽힌 상태를 보존하는 이 기술은 얽힌 전자를 양자 비트(큐비트)로 사용하는 양자 컴퓨터의 개발에 도움이 될 수 있습니다.

기존의 초전도 물질이 매우 낮은 온도로 냉각되면 내부의 전자가 상호 반발력을 극복하고 쌍을 이룹니다. 이러한 소위 쿠퍼 쌍(Cooper pair)은 아무런 저항 없이 물질을 통해 전파됩니다. 짝을 이룬 전자는 자연적으로 서로 얽혀 반대 방향을 가리키는 스핀을 갖게 됩니다. 얽힘을 유지하면서 이러한 전자쌍을 추출하고 분리하는 것은 양자 컴퓨팅을 포함한 다양한 응용 분야에 유용하지만 이를 수행하는 것은 쉬운 작업이 아닙니다.

최근 작업에서는 자세히 설명되어 있습니다. 물리적 검토 B, 이론가가 이끄는 물리학자들 크리스티앙 플린트 Cooper 쌍 스플리터를 작동하는 새로운 방법을 제안합니다. 그들의 디자인은 두 개의 전극을 포함하고 스트립 양쪽에 있는 두 개의 양자점(나노 크기의 반도체 물질 조각)에 결합된 초전도 스트립으로 구성됩니다. 전극에 전압을 가하면 초전도체 내부의 쿠퍼쌍 전자가 초전도 스트립 끝으로 끌려가 분리되고, 각 양자점은 분리된 전자를 한 번에 하나씩 수용합니다. 이렇게 분리된 전자는 나노와이어를 통해 전달될 수 있습니다.

시간에 따른 전압

팀 구성의 핵심은 스트립 한쪽의 전극에 적용되는 전압이 시간에 따라 변하여 각 주기적 진동 동안 정확히 2개의 쿠퍼 쌍이 분할되어 방출된다는 것입니다. “지금까지의 실험에서는 인가된 전압이 일정하게 유지되었습니다.”라고 Flindt는 설명합니다. "우리 제안에서 우리는 장치에 적용되는 시간에 따른 전압을 사용하여 Cooper 쌍의 분할을 제어할 수 있는 방법을 보여줍니다."

Flindt와 동료들은 계산을 바탕으로 쿠퍼 쌍 분리기가 기가헤르츠 범위의 주파수에서 얽힌 전자를 분리할 수 있다고 추정했습니다. 대부분의 현대 컴퓨터는 이 범위의 클록 주기로 작동하며 많은 양자 기술의 경우 비슷하게 빠른 얽힌 입자 소스를 갖는 것이 중요합니다. 실제로 여러 스플리터를 함께 결합하면 얽힌 전자를 사용하여 작동하는 양자 컴퓨터의 기초를 형성하는 데 도움이 될 수 있다고 팀은 말합니다.

실험자들은 "바통을 집으라"고 초대되었습니다.

Aalto 물리학자들은 Cooper 쌍의 분리를 제어할 필요가 있다는 것을 깨달았기 때문에 연구를 수행하기로 결정했습니다. 그들의 가장 큰 과제는 Cooper 쌍이 필요에 따라 분할되도록 시간에 따라 전압을 변경하는 방법을 알아내는 것이었습니다. 앞으로 그들은 자신들의 제안이 실험적으로 실현될 수 있을 것이라고 생각하며 실험주의자들이 "바통을 이어받길" 바랍니다.

Flindt는 “주문형 Cooper 쌍 스플리터를 더 큰 양자 전자 회로에 통합하여 양자 정보 처리를 개발할 수 있는 방법을 조사하는 것도 흥미로울 것입니다.”라고 말했습니다. 물리 세계.

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