Gode ​​vibrationer til fremtidige kvantecomputere

(PhysOrg.com) -- Den gådefulde kvanteprik er den grundlæggende byggesten til kvantecomputere. EPFL-fysikere har udviklet en ny teori, som viser, at punktsymmetri er nok til at tage højde for de fleste af deres spændende optiske egenskaber.

Fysikere har skabt en pyramideformet prik, der bare er 100 nanometer høj, omkring 200 atomer på en side. Ved at påføre spænding til denne miniaturestruktur, forskerne har skabt en enhed, der kan udsende lys, som så kunne bruges i fremtidige komponenter af kvantecomputere. Men vejen til denne nye form for computer er stadig lang, især fordi at bestemme de optiske egenskaber af disse kvanteprikker er en kompliceret og beregningsintensiv bestræbelse. Marc-André Dupertuis og hans team fra EPFL's Laboratory of Physics of Nanostructures har foreslået, og observations verificeret, en ny fysisk teori, der ikke kun reducerer den tid, det tager at udføre disse beregninger, men også, og frem for alt, giver os simpelthen mulighed for bedre at forstå naturen af ​​disse mærkelige genstande.

Når elektriske ladninger sprøjtes ind i kvanteprikker, de begynder at vibrere. Det er hvad fysikere kalder bølgefunktionen, som i dette tilfælde vibrerer lidt som hovedet på en tromme. Man skulle tro, at simulering af disse vibrationer ville være ekstremt kompleks, men Dupertuis indså, at bølgeadfærden, og dermed det lys, der udsendes af kvantepunktet, kunne bestemmes tilstrækkeligt ved symmetri. På grund af dette, beregningen kunne forenkles ved hjælp af et velkendt matematisk værktøj kendt som gruppeteori.

Bedre forståelse på bagsiden af ​​en serviet

Styrken ved denne tilgang er dens relative enkelhed. Fysikerne kan udlede de optiske egenskaber af kvanteprikker baseret på symmetrier, som de har mistanke om er der, og derefter kontrollere tilstedeværelsen af ​​symmetrierne eksperimentelt. "Beregninger, der hidtil har krævet supercomputere, kan nu erstattes af andre beregninger, der kan udføres på bagsiden af ​​en serviet, " siger Dupertuis.

Dupertuis måtte overvinde en alvorlig vanskelighed for at komme med teorien – han skulle være i stand til at forenkle den tilstrækkeligt, mens man stadig tager højde for de mærkelige egenskaber, der styrer kvanteverdenen. Forestil dig en kage skåret i symmetriske skiver, men hvis kanter ikke alle ser ens ud; du bliver nødt til at arrangere skiverne i en bestemt rækkefølge for at sætte kagen sammen igen. Det er den slags matematiske og kvanteudfordringer, som fysikeren tackler.

Et lovende fremskridt

Denne forhindring til side, metoden er meget lovende. "Ved brug af gennemprøvede observationsmetoder, vi kan præcist trække den nøjagtige symmetri af kvanteprikken, samt egenskaberne af den elektriske ladning, den indeholder, og endda hvilken slags fotoner, den vil udsende.” Disse oplysninger vil være nyttige til at designe nye enheder, der kunne bruges i kvantecomputere.