Simetria găurilor de electroni în punctele cuantice arată promițătoare pentru calculul cuantic - Physics World

Mai multe fenomene unice care ar putea beneficia de calculul cuantic au fost observate în punctele cuantice realizate din grafen cu două straturi. Cercetarea a fost făcută de Christoph Stampfer la Universitatea RWTH Aachen și colegii din Germania și Japonia, care au arătat cum structura poate găzdui un electron într-un strat și o gaură în celălalt. În plus, stările de spin cuantic ale acestor două entități sunt aproape oglinzi perfecte una ale celeilalte.

Un punct cuantic este o bucată minusculă de semiconductor cu proprietăți electronice care seamănă mai mult cu un atom decât cu un material în vrac. De exemplu, un electron dintr-un punct cuantic este excitat într-o serie de niveluri de energie cuantificate - la fel ca într-un atom. Acesta este spre deosebire de un solid convențional, în care electronii sunt excitați într-o bandă de conducție. Acest comportament asemănător atomului poate fi reglat fin prin ajustarea dimensiunii și formei punctului cuantic.

Un punct cuantic poate fi realizat folosind bucăți minuscule de grafen, care este o foaie de carbon grosime de doar un atom. Astfel de puncte cuantice pot fi formate dintr-o singură foaie de grafen, două foi (grafen cu două straturi) sau mai multe.

Interesanți spin qubits

O aplicație promițătoare a punctelor cuantice ale grafenului este crearea de biți cuantici (qubiți) care stochează informații cuantice în stările de spin ale electronilor. După cum explică Stampfer, dezvoltarea punctelor cuantice de grafen are implicații importante pentru dezvoltarea computerelor cuantice. „Punctele cuantice de grafen, recunoscute pentru prima dată în 2007, au apărut ca gazde interesante pentru qubiții de spin, care pot folosi atât puncte cuantice de electroni, cât și puncte de găuri pentru a facilita cuplarea pe distanță lungă”, spune el. Găurile sunt entități asemănătoare particulelor care sunt create într-un semiconductor atunci când un electron este excitat. „Această descoperire a pus bazele unei platforme promițătoare de calcul cuantic bazată pe qubiți de spin în stare solidă”, adaugă el.

Acum, Stampfer și colegii săi au împins ideea mai departe, fabricând puncte cuantice din grafen cu două straturi. Aici, fiecare strat de grafen funcționează ca un punct cuantic individual, dar interacționează strâns cu omologul său din celălalt strat.

Grafenul cu două straturi poate prinde electroni și găuri atunci când se aplică o tensiune externă peste ele - creând o structură de poartă unică. În urma eforturilor recente de a reduce dezordinea în structura moleculară a grafenului cu două straturi, echipa lui Stampfer a atins acum o nouă etapă în această linie de cercetare.

Reglabilitatea porții

„În 2018, această abordare a făcut pentru prima dată posibilă utilizarea completă a benzii interzise unice induse de câmp electric în grafenul cu două straturi pentru a limita purtătorul de sarcină unic”, explică Stampfer. „Prin îmbunătățirea în continuare a reglabilității porții, este acum posibil să se realizeze dispozitive cu puncte cuantice care depășesc ceea ce se poate face în materiale cu puncte cuantice, inclusiv siliciu, germaniu sau arseniura de galiu.”

Un avantaj esențial al structurilor bistraturi sunt proprietățile stărilor de spin ale electronilor și găurilor punctului cuantic. Prin experimentele lor, echipa a descoperit că stările electronilor individuali și ale găurilor dintr-unul dintre straturile de grafen sunt aproape perfect oglindite în perechea găsită în celălalt strat.

„Arătăm că punctele cuantice duble ale grafenului cu două straturi de electroni au o simetrie aproape perfectă dintre particule și gaură”, continuă Stampfer. „Acest lucru permite transportul prin crearea și anihilarea perechilor unice electron-gaură cu numere cuantice opuse.”

Grafenul cu două straturi de înaltă calitate devine mare

Aceste rezultate ar putea avea implicații importante pentru sistemele de calcul cuantic care folosesc qubiți cu spin electron. Acest lucru se datorează faptului că ar trebui să fie posibilă cuplarea acestor qubiți împreună pe distanțe mai lungi, citind în același timp stările lor simetrice de spin mai fiabil. Acest lucru ar putea permite în cele din urmă computerelor cuantice să devină mult mai scalabile, sofisticate și rezistente la erori decât modelele existente.

Echipa lui Stampfer are în vedere și multe aplicații posibile dincolo de calculul cuantic. prezicerea modului în care punctele cuantice de grafen cu două straturi ar putea oferi o bază pentru detectoarele la scară nanometrică pentru unde terahertzi și ar putea chiar fi cuplate la supraconductori pentru a crea surse eficiente de perechi de particule încurcate.

Prin cercetările lor viitoare, cercetătorii vor urmări acum să aprofundeze capacitățile punctelor cuantice ale grafenului cu două straturi; aducând potențial aplicarea lor pe scară largă în tehnologiile cuantice cu un pas mai aproape.

Cercetarea este descrisă în Natură.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• EVM Finance. Interfață unificată pentru finanțare descentralizată. Accesați Aici.
• Grupul Quantum Media. IR/PR amplificat. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/electron-hole-symmetry-in-quantum-dots-shows-promise-for-quantum-computing/