Unijny zespół dokonuje przełomu w kontroli kubitów
Naukowcom z Holandii, których prace są finansowane ze środków unijnych, udało się szybko sterować elementami składowymi komputera kwantowego dzięki wykorzystaniu pola elektrycznego zamiast magnetycznego. Ponadto zespół z powodzeniem umieścił te elementy, zwane bitami kwantowymi lub kubitami, w półprzewodnikowych nanoprzewodach. Badania, których wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Nature, mogą przyczynić się do postępów w dziedzinie informatyki i komunikacji kwantowej. Źródłem unijnego wsparcia dla prac był projekt QUANTUMOPTOELECTR (Optoelektronika kwantowa), grant w wysokości 1,8 mln EUR dla doświadczonych naukowców przyznany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych (ERBN) profesorowi Leo Kouwenhovenowi z Instytutu Nanonauki Kavli przy Politechnice w Delft (TU Delft). Projekt rozpoczął się w 2009 r. i potrwa do końca 2013 r. Granty ERBN są finansowane z programu "Pomysły" Siódmego Programu Ramowego (7PR) UE. Centralnym elementem koncepcji informatyki kwantowej jest kubit, który można stworzyć poprzez uwięzienie pojedynczego elektronu w materiale półprzewodnikowym. Elektrony mogą wirować wokół swojej osi w dwóch kierunkach. W informatyce kwantowej jeden kierunek oznacza stan 0, a drugi 1, zatem kubit może z powodzeniem kodować dane tak jak normalny bit komputerowy. Do tej pory naukowcy kontrolowali spin elektronów za pomocą pól magnetycznych. Jednakże wygenerowanie pól magnetycznych na chipie jest niezwykle trudne. Jak wyjaśnia w artykule towarzyszącym David Reilly z Uniwersytetu w Sydney, Australia: "Chociaż przeprowadzone doświadczenia prognostyczne wykazały, że nanometryczna kontrola magnetyczna jest możliwa, czas potrzebny do magnetycznego ukierunkowania spinu elektronu jest długi i nie pozwala na wiele obrotów w czasie koherencji spinowej." Czas koherencji spinowej oznacza okres, w którym zachowywana jest informacja kodowana w stanie kwantowym spinu. Aby rozwiązać ten problem, profesor Kouwenhoven wraz z kolegami z TU Delft i Politechniki w Eindhoven przyjął inne podejście, kontrolując spin wyłącznie za pomocą pól elektrycznych. W tym celu naukowcy wykorzystali zjawisko znane jako interakcja spin-orbita, które umożliwia oddziaływanie ruchu elektronu na jego spin. W materiałach o silnej interakcji spin-orbita, spin elektronu i jego ruch orbitalny łączą się, aby stworzyć stan hybrydowy zwany kubitem spin-orbita, który może być kontrolowany przez pole elektryczne. "Te kubity spin-orbita łączą to co najlepsze z obydwu rozwiązań" - zauważa profesor Kouwenhoven. "Wykorzystują atuty zarówno kontroli elektronicznej, jak i przechowywania informacji w spinie elektronu." Zdaniem zespołu kolejnym ważnym osiągnięciem jest umieszczenie kubitów w nanoprzewodach, które są zbudowane z materiału półprzewodnikowego - arsenku indu (InAs) - i posiadają średnicę liczoną w nanometrach oraz długość mierzoną w mikrometrach. Nanoprzewody można wykorzystywać zarówno w urządzeniach elektronicznych, jak i optycznych. "Owe nanoprzewody są w coraz większym zakresie wykorzystywane jako wygodne elementy w nanoelektronice" - stwierdza profesor Kouwenhoven. "Oprócz innych swoich zastosowań, nanoprzewody stanowią doskonałą platformę do przetwarzania informacji kwantowej". Więcej informacji: Politechnika w Delft: http://www.tudelft.nl Nature: http://www.nature.com/nature ERBN: http://erc.europa.eu/ Strona projektu QUANTUMOPTOELECTR w serwisie CORDIS - proszę kliknąć: tutaj
Kraje
Niderlandy