Forbindelse af (kvante) prikker:Spin teknik flytter forskere tættere på at skabe den første levedygtige højhastigheds kvantecomputer

Nyere forskning giver et nyt spin på at bruge nanoskala halvlederstrukturer til at bygge hurtigere computere og elektronik. Bogstaveligt talt.

Forskere fra University of Pittsburgh og Delft University of Technology afslører i onlineudgaven af ​​17. februar af Natur nanoteknologi en ny metode, der bedre bevarer de nødvendige enheder til at drive lynhurtig elektronik, kendt som qubits (udtales CUE-bits). Hulspind, snarere end elektronspin, kan holde kvantebits i samme fysiske tilstand op til 10 gange længere end før, finder rapporten.

"Tidligere vores gruppe og andre har brugt elektronspin, men problemet var, at de interagerede med spins af kerner, og derfor var det vanskeligt at bevare justeringen og kontrollen af ​​elektronspin, " sagde Sergey Frolov, assisterende professor ved Institut for Fysik og Astronomi ved Pitts Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences, der udførte arbejdet som postdoc ved Delft University of Technology i Holland.

Mens normale computerbits har matematiske værdier på nul eller én, kvantebits lever i en diset superposition af begge tilstande. Det er denne kvalitet, sagde Frolov, som giver dem mulighed for at udføre flere beregninger på én gang, tilbyder eksponentiel hastighed i forhold til klassiske computere. Imidlertid, opretholdelse af qubit'ens tilstand længe nok til at udføre beregning er fortsat en langvarig udfordring for fysikere.

"For at skabe en levedygtig kvantecomputer, demonstration af langlivede kvantebits, eller qubits, er nødvendigt, sagde Frolov. Med vores arbejde, vi er kommet et skridt nærmere."

Hullerne i hullet spinder, Frolov forklarede, er bogstaveligt talt tomme pladser tilbage, når elektroner tages ud. Ved at bruge ekstremt tynde filamenter kaldet InSb (indium antimonid) nanotråde, forskerne skabte en transistorlignende enhed, der kunne omdanne elektronerne til huller. De placerede derefter præcist ét ​​hul i en nanoskala-boks kaldet "en kvanteprik" og styrede rotationen af ​​det hul ved hjælp af elektriske felter. Denne tilgang - med nanoskalastørrelse og en højere tæthed af enheder på en elektronisk chip - er langt mere fordelagtig end magnetisk kontrol, som typisk har været ansat indtil nu, sagde Frolov.

"Vores forskning viser, at huller, eller tomme rum, kan lave bedre spin-qubits end elektroner til fremtidige kvantecomputere."

"Spins er de mindste magneter i vores univers. Vores vision for en kvantecomputer er at forbinde tusindvis af spins, og nu ved vi, hvordan man styrer et enkelt spin, sagde Frolov. I fremtiden, vi vil gerne skalere dette koncept op til at inkludere flere qubits."