Ny metode til at detektere kvantetilstande for elektroner

Quantum computing udnytter gådefulde egenskaber af små partikler til at behandle kompleks information. Men kvantesystemer er skrøbelige og tilbøjelige til fejl, og nyttige kvantecomputere mangler endnu at blive til noget.

Forskere i Quantum Dynamics Unit ved Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) udtænkte en ny metode - kaldet billedladningsdetektering - til at detektere elektroners overgange til kvantetilstande. Elektroner kan tjene som kvantebits, den mindste enhed af kvanteinformation; disse bits er grundlaget for større beregningssystemer. Kvantecomputere kan bruges til at forstå mekanismen for superledning, kryptografi, kunstig intelligens, blandt andre applikationer.

"Der er en enorm kløft mellem at kontrollere få kvantebits og bygge en kvantecomputer, "sagde Dr. Erika Kawakami, hovedforfatteren af ​​en ny undersøgelse, udgivet i Fysisk gennemgangsbreve med redaktørens forslag. "Med de nuværende state-of-art kvantebits, en kvantecomputer skulle være på størrelse med en fodboldbane. Vores nye tilgang kan potentielt skabe en ti centimeter chip. "

Et nyt potentiale for elektroner på helium

Elektroner skal immobiliseres for at tjene som kvantebits; ellers bevæger de sig frit. For at oprette et elektronoptagelsessystem, forskerne brugte flydende helium, som flydende ved kolde temperaturer, som underlag. Da helium er fri for urenheder, disse elektroner forventes at bevare kvantetilstande længere end i andre materialer, hvilket er vigtigt for at realisere en kvantecomputer.

Prof. Denis Konstantinov og hans samarbejdspartnere, Kawakami og Dr. Asem Elarabi, anbragt en parallelpladekondensator inde i en kobbercelle afkølet til 0,2 grader Kelvin (-272,8 grader Celsius) og fyldt med kondenseret flydende helium. Elektroner genereret af et wolframfilament sad oven på det flydende heliums overflade, mellem de to kondensatorplader. Derefter, mikrobølgestråling indført i kobbercelle -eksiterede elektroners kvantetilstande, får elektronerne til at bevæge sig væk fra bundkondensatorpladen og komme tættere på den øverste kondensatorplade.

Forskerne bekræftede excitationen af ​​kvantetilstande ved at observere et elektrostatisk fænomen kaldet billedladning. Som en refleksion i et spejl, billedladning afspejler præcist elektronernes bevægelse. Hvis en elektron bevæger sig længere fra kondensatorpladen, derefter bevæger billedladningen sig ved siden af ​​den.

Bevæger sig fremad, forskerne håber at bruge denne billedladningsdetektering til at måle en individuel elektrones spin -tilstand, eller kvanteorbitaltilstand, uden at forstyrre integriteten af ​​kvantesystemerne.

"I øjeblikket, vi kan detektere kvantetilstandene i et ensemble af mange elektroner, "Konstantinov sagde." Det stærke ved denne nye metode er, at vi kan nedskalere denne teknik til en enkelt elektron og bruge den som en kvantebit. "