Kvanttipiste mittaa ja kaappaa

Pyhkäisyelektronimikroskoopin kuva InAs:n itsekoostuneen kvanttipistetransistorirakenteesta (Credit: Osaka University)

Kvanttipisteet ovat herättäneet laajaa tieteellistä kiinnostusta uusien teknologioiden käyttöä ajatellen.

Erityisen houkuttelevia ovat muodostumisensa aikana itsekoostuvat kvanttipisteet, jotka viritettävissä olevina valon emittereinä ja kvantisoidun kuljetuskäyttäytymisen vuoksi sopivat kvanttifysiikan tutkimiseen.

Osakan yliopiston tutkijat ovat hiljattain kehittäneet rakenteen, joka perustuu kahteen itsekoostuvaan kvanttipisteeseen, jotka pystyvät mittaamaan yhden kvanttipisteen yksittäisen elektronin varauksen käyttäen toista anturina

"Laitteessa olevat kaksi kvanttipistettä osoittivat merkittävää kapasitiivista kytkentää", toteaa Haruki Kiyama. "Tämän seurauksena yhden pisteen yksielektroninen varaus havaittiin toisen pisteen virran muutoksena."

Mahdollisuus yksittäisten elektronitilojen sähköiseen luentaan voidaan yhdistää fotoniikkaan ja sitä voidaan käyttää kvanttiviestinnässä.

Twente-yliopiston tutkijat, jotka työskentelivät Delftin ja Eindhovenin teknisten yliopistojen kollegoiden kanssa, ovat puolestaan kehittäneet uuden ja mielenkiintoisen rakenneosan kvanttitietokoneille.

He onnistuivat luomaan germaniumista ja piistä nanolankoja joissa voi esiintyä suprajohtavuutta ja ulkoisen sähkökentän avulla he loivat siihen kvanttipisteen, johon saattoi kaapata täsmälleen yhden elektroniaukon.

Kvanttipisteen ja suprajohtavuuden yhdistelmä mahdollistaa Majorana fermionien luomisen. Ne ovat eksoottisia hiukkasia, jotka ovat itsensä antipartikkelia ja joita pidetään tärkeänä tekijänä kvanttitietokoneiden tulevaisuudelle.

Tutkija Joost Ridderbosin mukaan tämän Ge-Si materiaalirakenteen tärkein etu kvanttiominaisuuksien lisäksi on, että se on hyvin määritelty; eli se voidaan valmistaa niin suurella tarkkuudella, että jokainen atomi on oikeassa paikassa.

"En osaa sanoa, onko tämä se materiaali, jota lopulta käytetään kvanttitietokoneissa? Minulla ei ole kristallipalloa. Mutta voin sanoa että tämä on ihanteellinen materiaali tehdä perustutkimusta, joka liittyy kvanttitietokoneiden kehitykseen. Se on täydellinen materiaalia tutkia parasta reittiä näille tietokoneille," toteaa Ridderbos yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttirajoja hätistellen