Splitter controlabil de perechi Cooper ar putea separa electronii încâlciți la cerere – Physics World

Splitter controlabil de perechi Cooper ar putea separa electronii încâlciți la cerere – Physics World

Marca temporală: 14 martie 2024 9:00 AM


Schemă care arată perechi Cooper divizate, reprezentate de bile albastre cu săgeți care indică rotația în direcție opusă, fiind introduse într-un computer (cuantic)
Material Qubit: O figură care arată schematic modul în care perechile Cooper divizate ar putea fi introduse într-un computer cuantic care funcționează cu electroni încâlciți. (Cu amabilitatea: Fredrik Brange)

Particulele încurcate – adică cele cu stări cuantice care rămân corelate indiferent de distanța dintre ele – sunt importante pentru multe tehnologii cuantice. Dispozitivele numite despărțitoare de perechi Cooper pot, în principiu, să genereze astfel de particule încurcate prin separarea electronilor care se împerechează în materiale supraconductoare, dar procesul a fost considerat prea aleatoriu și incontrolabil pentru a fi de folos practic.

Fizicienii de la Universitatea Aalto în Finlanda, au înaintat acum o propunere teoretică care indică faptul că aceste perechi de electroni ar putea fi, de fapt, împărțite la cerere, aplicând tensiuni dependente de timp punctelor cuantice plasate de fiecare parte a unei benzi supraconductoare. Tehnica, care păstrează starea încurcată a electronilor separați, ar putea ajuta la dezvoltarea calculatoarelor cuantice care folosesc electroni încâlciți ca biți cuantici (qubiți).

Când un material supraconductor convențional este răcit la temperaturi foarte scăzute, electronii din el își înving repulsia reciprocă și se perechează. Aceste așa-numite perechi Cooper se propagă prin material fără nicio rezistență. Electronii perechi sunt încurși în mod natural, cu spini care indică în direcții opuse. Extragerea și separarea acestor perechi de electroni, păstrând în același timp încordarea lor, ar fi utilă pentru o serie de aplicații, inclusiv calculul cuantic, dar a face acest lucru nu este o sarcină ușoară.

În cea mai recentă lucrare, care este detaliată în Analiza fizică B, fizicieni conduși de un teoretician Christian Flindt propune o nouă modalitate de a opera un splitter Cooper pereche. Designul lor constă dintr-o bandă supraconductoare care conține doi electrozi și este cuplată la două puncte cuantice (bucăți nanodimensionate de material semiconductor) de fiecare parte a benzii. Când se aplică o tensiune electrozilor, electronii perechi Cooper din supraconductor sunt atrași la vârful benzii supraconductoare și devin separați, fiecare punct cuantic găzduind câte un electron separat. Acești electroni separați pot fi apoi transferați printr-un nanofir.

Tensiuni dependente de timp

Cheia configurației echipei este că tensiunea aplicată electrodului pe o parte a benzii variază în timp, astfel încât exact două perechi Cooper sunt împărțite și ejectate în timpul fiecărei oscilații periodice. „În experimentele de până acum, tensiunile aplicate au fost menținute constante”, explică Flindt. „În propunerea noastră, arătăm cum divizarea perechilor Cooper poate fi controlată cu tensiuni dependente de timp aplicate dispozitivului.”

Pe baza calculelor lor, Flindt și colegii lor estimează că divizorul lor Cooper-pereche ar putea separa electronii încâlciți la o frecvență în intervalul gigaherți. Majoritatea computerelor moderne operează cu cicluri de ceas în acest interval și pentru multe tehnologii cuantice este important să existe o sursă la fel de rapidă de particule încurcate. Într-adevăr, combinarea mai multor divizor împreună ar putea ajuta la formarea bazei unui computer cuantic care funcționează folosind electroni încâlciți, spune echipa.

Experimentaliștii invitați să „prindă ștafeta”

Fizicienii Aalto au decis să-și întreprindă studiul pentru că și-au dat seama că era nevoie de a controla divizarea perechilor Cooper. Cea mai mare provocare a lor a fost să descopere cum să varieze tensiunile în timp, astfel încât perechile Cooper să fie împărțite la cerere. Privind cu nerăbdare, ei cred că ar trebui să fie posibil să-și realizeze propunerea în mod experimental și speră că experimentaliștii „vor ridica ștafeta”.

„Ar fi, de asemenea, interesant să investigăm modul în care divizorul nostru de perechi Cooper la cerere poate fi integrat într-un circuit electronic cuantic mai mare pentru a dezvolta procesarea informațiilor cuantice”, spune Flindt. Lumea fizicii.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Lumea fizicii