Elektronin ja fotonin small talk

Askeleena tuoda piipohjaiset kvanttitietokoneet lähemmäksi todellisuutta, Princetonin yliopiston tutkijat ovat rakentaneet laitteen, jossa yksi elektroni voi siirtää kvantti-informaationsa valohiukkaseen. Fotoni voi sitten toimia sanansaattajana kuljettaen informaatiota muille elektroneille luoden yhteyksiä, jotka muodostavat kvanttitietokoneen piirit.

Tutkijoiden mukaan he voivat saattaa elektronisen tilan energian resonoimaan valohiukkasen kanssa, niin että nämä kaksi voivat kommunikoida toisilleen.

Yksinkertaisia kvanttitietokoneita on jo tehty loukkuuntuneita ioneja ja suprajohteita käyttäen mutta piipohjaisen kvanttitietotekniikan kehitystä ovat hidastaneet tekniset haasteet. Pii olisi tälläkin sektorilla erittäin houkutteleva materiaali.

Kvantti-informaatio on erittäin haurasta - se voidaan menettää pienimmänkin häiriön takia. Fotonit ovat vakaampia häiriöitä vastaan ja voivat mahdollisesti kantaa kvantti-informaatiota ei vain kubitista kubittiin kvanttitietokoneen piirissä mutta myös kvanttisirujen välillä kuitujen välityksellä.

Ennen tätä saavutusta, puolijohteisia kubitteja saattoi kytkeä vain viereisiin kubitteihin. Valon avulla voi olla mahdollista siirtää informaatiota sirun muissa osissa olevien kvanttibittien kesken.

Nyt elektronin kvantti-informaatio koostuu vain elektronin sijaintitiedosta jommassakummassa kahdesta energiataskusta puolijohteen kaksinkertaisessa kvanttipisteessä.

Jatkossa tutkijat aikovat laajentaa laitteen toimimaan myös elektronin spinin kanssa. "Pitkällä aikavälillä haluamme järjestelmän, joissa spin ja varaus on kytketty yhteen luoden spinkubitin, jota voidaan ohjata sähköisesti " toteaa tutkimusta vetänyt Jason Petta. "Olemme osoittaneet, että voimme kytkeä elektronin koherentisti valoon, ja se on tärkeä askel kohti spinin kytkemistä valoon."

Kuvassa Helsingin yliopiston huippukylmän tutkimuksesta jalostuneen BlueForsin valkoisen jäähdytyslaitteiston ympärillä Princetonin fysiikan professori Jason Petta ja fysiikan opiskelijat David Zajac ja Xiao Mi. Heidän rakentama piihin perustuva piirirakenne on edistysaskel piipohjaisille kvanttitietokoneille.