Fysikere får tusinder af halvlederkerner til at lave kvantedanse i fællesskab

Et team af Cambridge -forskere har fundet en måde at styre havet af kerner i halvlederkvantumpunkter, så de kan fungere som en kvantehukommelsesenhed.

Quantum prikker er krystaller, der består af tusinder af atomer, og hvert af disse atomer interagerer magnetisk med den indespærrede elektron. Hvis den overlades alene til sig selv, elektronens interaktion med atomspinnene, begrænser elektronens anvendelighed som en kvantebit - en qubit.

Anført af professor Mete Atatüre, en stipendiat ved St John's College, University of Cambridge, forskergruppen, placeret på Cavendish Laboratory, udnytte lovene i kvantefysik og optik til at undersøge computing, registrerings- eller kommunikationsapplikationer.

Atatüre sagde:"Quantum dots tilbyder en ideel grænseflade, som medieret af lys, til et system, hvor dynamikken i individuelle interagerende spins kunne kontrolleres og udnyttes. Fordi kernerne tilfældigt 'stjæler' information fra elektronen, har de traditionelt været en irritation, men vi har vist, at vi kan udnytte dem som en ressource. "

Cambridge -teamet fandt en måde at udnytte interaktionen mellem elektronen og de tusinder af kerner ved hjælp af lasere til at 'afkøle' kernerne til mindre end 1 milliKelvin, eller en tusindedel af en grad over den absolutte nultemperatur. De viste derefter, at de kan kontrollere og manipulere de tusinder af kerner, som om de danner et enkelt legeme i fællesskab, som en anden qubit. Dette beviser, at kernerne i kvantepunktet kan udveksle information med elektronqubit og kan bruges til at lagre kvanteinformation som en hukommelsesenhed. Resultaterne er blevet offentliggjort i Videnskab i dag.

Quantum computing sigter mod at udnytte grundlæggende begreber inden for kvantefysik, såsom sammenfiltring og overlejringsprincip, at udkonkurrere nuværende tilgange til computing og kunne revolutionere teknologien, forretning og forskning. Ligesom klassiske computere, kvantecomputere har brug for en processor, hukommelse, og en bus til at transportere oplysningerne baglæns og fremad. Processoren er en qubit, som kan være en elektron fanget i en kvantepunkt, bussen er en enkelt foton, som disse kvantepunkter genererer og er ideelle til udveksling af information. Men det manglende led for kvantepunkter er kvantehukommelse.

Atatüre sagde:"I stedet for at tale med individuelle atomspins, vi arbejdede på at få adgang til kollektive spinbølger ved hjælp af lasere. Dette er som et stadion, hvor du ikke behøver at bekymre dig om, hvem der løfter hænderne i den mexicanske bølge, der går rundt, så længe der er én kollektiv bølge, fordi de alle danser i fællesskab.

"Vi fortsatte derefter med at vise, at disse spin -bølger har kvantesammenhæng. Dette var det manglende stykke puslespil, og vi har nu alt, hvad der er nødvendigt for at bygge en dedikeret kvantehukommelse for hver qubit."

I kvanteteknologier, fotonet, qubit og hukommelse skal interagere med hinanden på en kontrolleret måde. Dette realiseres for det meste ved at tilslutte forskellige fysiske systemer til en enkelt hybridenhed, som kan være ineffektiv. Forskerne har kunnet vise, at i kvantepunkter, hukommelseselementet er der automatisk med hver eneste qubit.

Dr. Dorian Gangloff, en af ​​de første forfattere til papiret og en stipendiat ved St John's, sagde opdagelsen vil forny interessen for disse typer halvlederkvantumpunkter. Dr. Gangloff forklarede:"Dette er et Holy Grail -gennembrud for kvantepunktforskning - både for kvantehukommelse og grundforskning; vi har nu værktøjer til at studere dynamikken i komplekse systemer i kvantesimuleringsånd."

De langsigtede muligheder for dette arbejde kunne ses inden for kvanteberegning. Sidste måned, IBM lancerede verdens første kommercielle kvantecomputer, og Microsofts administrerende direktør har sagt, at quantum computing har potentialet til at 'radikalt omforme verden'.

Gangloff sagde:"Virkningen af ​​qubit kan være et halvt århundrede væk, men styrken ved disruptiv teknologi er, at det er svært at forestille sig de problemer, vi kan åbne op - du kan prøve at tænke på det som kendte ubekendte, men på et tidspunkt du kommer ind på et nyt område. Vi kender endnu ikke den slags problemer, det vil hjælpe med at løse, hvilket er meget spændende. "