Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà nghiên cứu đã nhận ra sự hoán đổi các spin electron giữa các chấm lượng tử ở xa. Phát hiện này là một bước tiến tới các ứng dụng thông tin lượng tử, vì các chấm này đủ chỗ cho các điện cực điều khiển tinh vi, cho phép tích hợp với vi điện tử truyền thống và có lẽ, một máy tính lượng tử trong tương lai.
Thông tin lượng tử có thể được lưu trữ và trao đổi bằng cách sử dụng trạng thái spin electron. Điện tích của các electron có thể được điều khiển bằng các xung điện áp cổng, cũng điều khiển sự quay của chúng. Người ta tin rằng phương pháp này chỉ có thể thực tế nếu các chấm lượng tử chạm vào nhau; Nếu vắt quá gần nhau, các spin sẽ phản ứng quá dữ dội, nếu đặt quá xa nhau thì các spin sẽ tương tác quá chậm. Điều này tạo ra một vấn đề nan giải, bởi vì nếu một máy tính lượng tử sẽ nhìn thấy ánh sáng ban ngày, chúng ta cần cả hai, trao đổi spin nhanh và đủ chỗ xung quanh các chấm lượng tử để chứa các điện cực cổng xung.
Thông thường, các chấm trái và phải trong mảng tuyến tính của các chấm lượng tử cách nhau quá xa để trao đổi thông tin lượng tử với nhau. Frederico Martins, postdoc tại UNSW, Sydney, Australia, giải thích: “Chúng tôi mã hóa thông tin lượng tử ở trạng thái spin của các electron, có đặc tính mong muốn là chúng không tương tác nhiều với môi trường ồn ào, khiến chúng trở nên hữu ích và mạnh mẽ – lâu dài sống ký ức lượng tử. Nhưng khi bạn muốn chủ động xử lý thông tin lượng tử, việc thiếu tương tác là phản tác dụng bởi vì bây giờ bạn muốn các spin tương tác ” Phải làm sao Bạn không thể có cả thông tin và trao đổi thông tin lâu dài hoặc có vẻ như vậy. “Chúng tôi đã phát hiện ra rằng bằng cách đặt một chấm lượng tử lớn, kéo dài giữa các chấm trái và các chấm phải, nó có thể làm trung gian cho sự hoán đổi mạch lạc của các trạng thái quay, trong một phần tỷ của một giây, mà không bao giờ di chuyển các electron ra khỏi các chấm của chúng. Nói cách khác, giờ đây chúng ta có cả sự tương tác nhanh và không gian cần thiết cho các điện cực cổng xung, “Ferdinand Kuemmeth, phó giáo sư tại Viện Niels Bohr nói.
Sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu với chuyên môn đa dạng là chìa khóa thành công. Sự hợp tác nội bộ không ngừng nâng cao độ tin cậy của các quy trình sản xuất nano và sự tinh vi của các kỹ thuật nhiệt độ thấp. Trên thực tế, tại Trung tâm Thiết bị lượng tử, các ứng cử viên chính cho việc thực hiện các máy tính lượng tử trạng thái rắn hiện đang được nghiên cứu mạnh mẽ, cụ thể là các qubit spin bán dẫn, qubit quin siêu dẫn, và qubit Majorana.
Tất cả chúng đều là qubit kiểm soát điện áp, cho phép các nhà nghiên cứu chia sẻ các thủ thuật và giải quyết các thách thức kỹ thuật với nhau. Nhưng Kuemmeth nhanh chóng bổ sung rằng “tất cả những điều này sẽ là vô ích nếu chúng ta không có quyền truy cập vào các tinh thể bán dẫn cực kỳ sạch sẽ ngay từ đầu.” Michael Manfra, Giáo sư Kỹ thuật Vật liệu, đồng ý: “Purdue đã nỗ lực tìm hiểu các cơ chế dẫn đến các chấm lượng tử yên tĩnh và ổn định. Thật tuyệt vời khi thấy công việc này mang lại lợi ích cho các qubit mới lạ của Copenhagen.”
Khung lý thuyết của khám phá được cung cấp bởi Đại học Sydney, Úc. Stephen Bartlett, giáo sư vật lý lượng tử tại Đại học Sydney, nói: “Điều tôi cảm thấy thú vị về kết quả này với tư cách là một nhà lý thuyết, là nó giải phóng chúng ta khỏi hình học hạn chế của một qubit chỉ dựa vào các nước láng giềng gần nhất.” Nhóm của ông đã thực hiện các tính toán chi tiết, cung cấp lời giải thích cơ học lượng tử cho khám phá phản trực giác.
Nhìn chung, việc trình diễn trao đổi spin nhanh không chỉ là một thành tựu khoa học và kỹ thuật đáng chú ý, mà còn có thể có ý nghĩa sâu sắc đối với kiến trúc của máy tính lượng tử trạng thái rắn. Lý do là khoảng cách: “Nếu các spin giữa các qubit không lân cận có thể được trao đổi có thể kiểm soát được, thì điều này sẽ cho phép thực hiện các mạng trong đó kết nối qubit-qubit tăng lên chuyển thành khối lượng lượng tính toán tăng đáng kể”, Kuemmeth dự đoán.
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Copenhagen . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :