Elektronespins taler til hinanden via en kvantemægler

De uovertrufne muligheder for kvantecomputere er i øjeblikket stadig begrænsede, fordi informationsudveksling mellem bits i sådanne computere er vanskelig, især over større afstande. FOM-arbejdsgruppeleder Lieven Vandersypen og hans kolleger inden for QuTech forskningscenter og Kavli Institute for Nanosciences (Delft University of Technology) er for første gang lykkedes med at sætte to ikke-naboende kvantebits i form af elektronspin i halvledere i stand til at kommunikere med hinanden. De offentliggør deres forskning den 10. oktober i Natur nanoteknologi .

Informationsudveksling er noget, vi næsten ikke tænker over i disse dage. Folk kommunikerer konstant via e-mails, mobilbeskedapplikationer og telefonopkald. Teknisk set, det er bits i de forskellige enheder, der taler med hinanden. "For en normal computer, dette giver absolut intet problem, "siger professor Lieven Vandersypen." Dog, for kvantecomputeren – som potentielt er meget hurtigere end de nuværende computere – er informationsudvekslingen mellem kvantebits meget kompleks, især over lange afstande."

Elektroner taler med hinanden

Inden for Vandersypens forskningsgruppe, Ph.d.-studerende Tim Baart og postdoc Takafumi Fujita arbejdede med kommunikationen mellem kvantebits. Hver bit består af en enkelt elektron med en spin-retning (spin op ='0' og spin ned ='1'). "Fra tidligere forskning, vi vidste, at to tilstødende elektronspin kan interagere med hinanden, men at denne interaktion aftager kraftigt med stigende afstand mellem dem, "siger Baart." Det er nu lykkedes os at få to elektroner, der ikke er naboer, til at kommunikere med hinanden for første gang. For at opnå dette, vi brugte en kvantemediator:et objekt, der kan udveksle informationen mellem de to spins over en større afstand."

Mægler

Baart og Fujita placerede elektronerne i såkaldte kvanteprikker, hvor de blev holdt på plads af et elektrisk felt. Mellem de to besatte kvanteprikker, de placerede en tom kvanteprik, der kunne danne en energibarriere mellem de to spins. "Ved at justere det elektriske felt omkring den tomme kvantepunkt, vi kunne sætte elektronerne i stand til at udveksle deres spin-information via superudvekslingsmekanismen:når energibarrieren sænkes, spin-informationen udveksles, "siger Baart." Dette får den tomme kvantepunkt til at fungere som en formidler for at gøre interaktionen mellem kvantebit mulig. Desuden, vi kan slå denne interaktion til og fra efter behag. "

Hurtig kvantecomputer

Vandersypens og Baarts forskning udgør et vigtigt skridt i konstruktionen af ​​en større kvantecomputer, hvor kommunikationen mellem kvantebits over store afstande er essentiel. Nu hvor konceptet med denne kvantemediator er blevet demonstreret i praksis, forskerne vil øge afstanden mellem elektronspin og også placere andre typer 'mediatorer' mellem kvantebittene.

Tim Baart fik sin doktorgrad den 23. maj 2016 for sin forskning i denne og andre teknologier. Hans forskning blev finansieret af Graduate Program of the Netherlands Organisation for Scientific Research (NWO). Til fremstilling af chippen, forskerne fra Delft arbejdede tæt sammen med ETH i Zürich.