Styrbar Cooper-pardelare kan separera intrasslade elektroner på begäran – Physics World

Intrasslade partiklar – det vill säga de med kvanttillstånd som förblir korrelerade oavsett avståndet mellan dem – är viktiga för många kvantteknologier. Enheter som kallas Cooper-pair splitters kan i princip generera sådana intrasslade partiklar genom att separera elektronerna som parar ihop sig i supraledande material, men processen ansågs vara för slumpmässig och okontrollerbar för att vara praktiskt användbar.

Fysiker vid Aalto University i Finland har nu lagt fram ett teoretiskt förslag som indikerar att dessa elektronpar faktiskt skulle kunna delas vid behov genom att anbringa tidsberoende spänningar på kvantpunkter placerade på vardera sidan av en supraledande remsa. Tekniken, som bevarar det intrasslade tillståndet hos de separerade elektronerna, kan hjälpa utvecklingen av kvantdatorer som använder intrasslade elektroner som kvantbitar (qubits).

När ett konventionellt supraledande material kyls till mycket låga temperaturer övervinner elektronerna i det sin ömsesidiga repulsion och parar ihop sig. Dessa så kallade Cooper-par fortplantar sig genom materialet utan något motstånd. De parade elektronerna är naturligt intrasslade, med snurr som pekar i motsatta riktningar. Att extrahera och separera dessa elektronpar samtidigt som deras intrassling bevaras skulle vara användbart för en mängd applikationer, inklusive kvantberäkning, men att göra detta är ingen lätt uppgift.

I det senaste verket, som beskrivs i detalj i Fysisk granskning B, fysiker ledda av teoretiker Christian Flindt föreslå ett nytt sätt att använda en Cooper-pardelare. Deras design består av en supraledande remsa som innehåller två elektroder och är kopplad till två kvantprickar (nanostorleksbitar av halvledande material) på vardera sidan av remsan. När en spänning appliceras på elektroderna dras Cooper-parade elektroner inuti supraledaren till spetsen av den supraledande remsan och separeras, med varje kvantpunkt som rymmer en separerad elektron åt gången. Dessa separerade elektroner kan sedan föras vidare genom en nanotråd.

Tidsberoende spänningar

Nyckeln till lagets upplägg är att spänningen som appliceras på elektroden på ena sidan av remsan varierar i tid så att exakt två Cooper-par delas och stöts ut under varje periodisk svängning. "I experiment hittills hölls de pålagda spänningarna konstanta", förklarar Flindt. "I vårt förslag visar vi hur uppdelningen av Cooper-par kan styras med tidsberoende spänningar som appliceras på enheten."

Baserat på sina beräkningar uppskattar Flindt och kollegor att deras Cooper-parsdelare kan separera intrasslade elektroner med en frekvens i gigahertzområdet. De flesta moderna datorer arbetar med klockcykler i detta intervall, och för många kvantteknologier är det viktigt att ha en lika snabb källa av intrasslade partiklar. Faktum är att en kombination av flera splitters kan bidra till att bilda grunden för en kvantdator som arbetar med intrasslade elektroner, säger teamet.

Experimentalister inbjudna att "plocka upp stafettpinnen"

Aalto-fysikerna bestämde sig för att genomföra sin studie eftersom de insåg att det fanns ett behov av att kontrollera splittringen av Cooper-par. Deras största utmaning var att ta reda på hur man kan variera spänningarna i tid så att Cooper-paren skulle delas på efterfrågan. När de ser fram emot tycker de att det borde vara möjligt att förverkliga deras förslag experimentellt och hoppas att experimentalister ska "ta upp stafettpinnen".

"Det skulle också vara intressant att undersöka hur vår on-demand Cooper pardelare kan integreras i en större kvantelektronisk krets för att utveckla kvantinformationsbehandling," säger Flindt Fysikvärlden.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/controllable-cooper-pair-splitter-could-separate-entangled-electrons-on-demand/