Brug af grafen til at oprette kvantebits

I løbet om at producere en kvantecomputer, en række projekter søger en måde at skabe kvantebits - eller qubits - der er stabile, hvilket betyder, at de ikke er meget påvirket af ændringer i deres miljø. Dette kræver normalt meget ikke-lineære ikke-dissipative elementer, der er i stand til at fungere ved meget lave temperaturer.

I forfølgelsen af ​​dette mål, forskere ved EPFL's Laboratory of Photonics and Quantum Measurements LPQM (STI/SB), har undersøgt en ikke-lineær grafenbaseret kvantekondensator, kompatibel med kryogene forhold i superledende kredsløb, og baseret på todimensionale (2D) materialer. Når den er tilsluttet et kredsløb, denne kondensator har potentiale til at producere stabile qubits og tilbyder også andre fordele, såsom at være relativt lettere at fremstille end mange andre kendte ikke -lineære kryogene anordninger, og er meget mindre følsom over for elektromagnetisk interferens. Denne undersøgelse blev offentliggjort i 2D materialer og applikationer .

Normale digitale computere fungerer på basis af en binær kode, der består af bits med en værdi på enten 0 eller 1. I kvantecomputere, bitene erstattes af qubits, som kan være i to tilstande samtidigt, med vilkårlig superposition. Dette øger deres beregning og lagringskapacitet betydeligt for visse klasser af applikationer. Men at lave qubits er ingen middelværdi:kvantefænomener kræver stærkt kontrollerede forhold, herunder meget lave temperaturer.

For at producere stabile qubits, en lovende tilgang er at bruge superledende kredsløb, hvoraf de fleste fungerer på basis af Josephson -effekten. Desværre, de er svære at lave og følsomme over for forstyrrende magnetiske felter. Det betyder, at det ultimative kredsløb skal være ekstremt godt afskærmet både termisk og elektromagnetisk, hvilket udelukker kompakt integration.

På EPFLs LPQM, denne idé om en kondensator, der er let at lave, mindre omfangsrig og mindre tilbøjelig til interferens er blevet undersøgt. Den består af isolerende bornitrid, der er klemt mellem to grafenplader. Takket være denne sandwichstruktur og grafens usædvanlige egenskaber, den indgående ladning er ikke proportional med den spænding, der genereres. Denne ikke -linearitet er et nødvendigt trin i processen med at generere kvantebits. Denne enhed kan forbedre måden, hvorpå kvanteinformation behandles, betydeligt, men der er også andre potentielle applikationer. Det kunne bruges til at oprette meget ikke-lineære højfrekvente kredsløb-helt op til terahertz-regimet-eller til blandere, forstærkere, og ultra stærk kobling mellem fotoner.