Nadzorovan Cooperjev parni razdelilnik bi lahko ločil zapletene elektrone na zahtevo – Physics World

Nadzorovan Cooperjev parni razdelilnik bi lahko ločil zapletene elektrone na zahtevo – Physics World

Časovni žig: 14. marec 2024 9


Shema, ki prikazuje razcepljene Cooperjeve pare, ki jih predstavljajo modre kroglice s puščicami, ki označujejo vrtenje v nasprotni smeri, ki se vnašajo v (kvantni) računalnik
Material Qubit: Slika, ki shematično prikazuje, kako bi lahko razdeljene Cooperjeve pare vnesli v kvantni računalnik, ki deluje z zapletenimi elektroni. (Z dovoljenjem: Fredrik Brange)

Zapleteni delci – torej tisti s kvantnimi stanji, ki ostanejo povezani ne glede na razdaljo med njimi – so pomembni za številne kvantne tehnologije. Naprave, imenovane razdelilniki Cooperjevih parov, lahko načeloma ustvarijo takšne zapletene delce z ločevanjem elektronov, ki se združijo v superprevodnih materialih, vendar je bil proces preveč naključen in neobvladljiv, da bi bil uporaben v praksi.

Fiziki pri Univerza Aalto na Finskem so zdaj predstavili teoretični predlog, ki kaže, da bi te elektronske pare dejansko lahko razdelili na zahtevo z uporabo časovno odvisnih napetosti na kvantne pike, nameščene na obeh straneh superprevodnega traku. Tehnika, ki ohranja zapleteno stanje ločenih elektronov, bi lahko pomagala pri razvoju kvantnih računalnikov, ki uporabljajo zapletene elektrone kot kvantne bite (qubits).

Ko običajen superprevodni material ohladimo na zelo nizke temperature, elektroni v njem premagajo medsebojno odbijanje in se združijo. Ti tako imenovani Cooperjevi pari se širijo skozi material brez kakršnega koli upora. Seznanjeni elektroni so naravno prepleteni, z vrtljaji, ki kažejo v nasprotnih smereh. Ekstrahiranje in ločevanje teh elektronskih parov ob ohranjanju njihove prepletenosti bi bilo koristno za številne aplikacije, vključno s kvantnim računalništvom, vendar to ni lahka naloga.

V zadnjem delu, ki je podrobno opisano v Fizični pregled B, fiziki pod vodstvom teoretik Christian Flindt predlaga nov način upravljanja s parnim razdelilnikom Cooper. Njihova zasnova je sestavljena iz superprevodnega traku, ki vsebuje dve elektrodi in je na obeh straneh traku povezan z dvema kvantnima točkama (kosi polprevodniškega materiala nano velikosti). Ko je na elektrode priključena napetost, se Cooperjevi pari elektronov v superprevodniku povlečejo na konico superprevodnega traku in se ločijo, pri čemer vsaka kvantna pika sprejme en ločen elektron naenkrat. Ti ločeni elektroni se nato lahko prenesejo skozi nanožico.

Časovno odvisne napetosti

Ključ do postavitve ekipe je, da se napetost, uporabljena na elektrodi na eni strani traku, spreminja v času tako, da se med vsakim periodičnim nihanjem razdelita in izvržeta točno dva Cooperjeva para. "V dosedanjih poskusih so bile uporabljene napetosti konstantne," pojasnjuje Flindt. "V našem predlogu prikazujemo, kako je mogoče nadzorovati delitev Cooperjevih parov s časovno odvisnimi napetostmi, ki se uporabljajo za napravo."

Flindt in sodelavci na podlagi svojih izračunov ocenjujejo, da bi njihov razdelilnik Cooperjevih parov lahko ločil zapletene elektrone pri frekvenci v območju gigahercev. Večina sodobnih računalnikov deluje z urnimi cikli v tem območju in za številne kvantne tehnologije je pomembno imeti podobno hiter vir zapletenih delcev. Ekipa pravi, da bi združevanje več razdelilnikov skupaj lahko pomagalo oblikovati osnovo kvantnega računalnika, ki deluje z uporabo zapletenih elektronov.

Eksperimentalci vabljeni, da "primejo v roke"

Fiziki iz Aalta so se odločili za svojo študijo, ker so ugotovili, da je treba nadzorovati cepitev Cooperjevih parov. Njihov največji izziv je bil ugotoviti, kako spreminjati napetosti v času, tako da bi se Cooperjevi pari razdelili na zahtevo. V prihodnje menijo, da bi bilo njihov predlog možno uresničiti eksperimentalno in upajo, da bodo eksperimentalci »prijeli štafeto«.

"Zanimivo bi bilo tudi raziskati, kako je mogoče naš parni razdelilnik Cooper na zahtevo integrirati v večje kvantno elektronsko vezje za razvoj kvantne obdelave informacij," pravi Flindt. Svet fizike.

Časovni žig:

Več od Svet fizike