Kvanttitietotekniikkaa grafeenin ja piin avulla

15.05.2019

Wien-kvanttilaskentaa-grafeeni-plasmoneilla-300-t.jpgKaavio grafeenipohjaisesta kahden fotonin portista

Wienin yliopiston ja Barcelonan Photonic Sciences -instituutin fyysikot ovat osoittaneet, että erityiset grafeenirakenteet mahdollistavat yksittäisten fotonien vuorovaikutuksen keskenään.

Uusi materiaaliratkaisu voisi johtaa uuteen optisien kvanttitietokoneiden arkkitehtuuriin.

Fotonit ovat heikosti vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa, mikä tekee niistä sopivia kvantti-informaation tallentamiseen ja siirtämiseen. Sama ominaisuus tekee kuitenkin erityisen vaikeaksi manipuloida fotoneihin koodattuja informaatiota kvanttitietokoneen logiikkaporteissa.

Manipulointi voidaan saavuttaa epälineaarisilla materiaaleilla, jossa kaksi fotonia vuorovaikuttavat materiaalin sisällä mutta yleiset epälineaariset materiaalit eivät mahdollista kvanttilogiikkaportin rakentamista.

Äskettäin on havaittu, että vuorovaikutus tehostuisi jos käytetään plasmoneja mutta vakiomateriaaleissa plasmonit hajoavat ennen kuin tarvittavat kvanttivaikutukset voivat tapahtua.

Wienin yliopiston professori Philip Waltherin tutkijaryhmä ehdottaakin plasmonien luomista grafeeniin. Tämä johtaa sekä erittäin vahvaan epälineaariseen vuorovaikutukseen että pitkään eläviin plasmoneihin.

Grafeenisissa kvanttilogiikkaporteissa plasmoneita syntyy grafeenin nanonauhoissa ja kahden eri nanonauhan plasmonit voivat olla vuorovaikutuksessa sähkökenttiensä kautta. Tutkijat ovat myös selvittäneet, että voimakas epälineaarinen vuorovaikutus grafeenissa tekee mahdottomaksi näille kahdelle plasmonille hypätä samaan nauhaan.

Wienin tiimi suorittaa parhaillaan kokeellisia mittauksia samanlaisella grafeenipohjaisella järjestelmällä, jotta varmistetaan niiden porttien toteutettavuus nykyisen tekniikan avulla. Koska portti on luonnollisesti pieni ja se toimii huoneenlämpötilassa, sen pitäisi olla helposti laajennettavissa, kuten monet kvanttiteknologiat edellyttävät.

UNSW Sydneyn insinöörit loivat piikiekolle kahden kubitin portin vuonna 2015. Nyt he ovat ensimmäisinä saavuttaneet tarkkaa kaksikubittista toimintaa piillä.

Professori Andrew Dzurakin ryhmän tekemässä tutkimuksessa mitattiin kahden kubitin logiikkatoiminnan tarkkuutta erittäin lupaavilla tuloksilla, jotka mahdollistavat laajennuksen täysimittaiseen kvanttiprosessoriin.

Kvanttilaskennassa kubittien toimintojen on oltava erittäin tarkkoja. Tässä tutkimuksessa ryhmä toteutti ja suoritti Clifford-pohjaisen tarkkuuden vertailuanalyysin mikä osoitti kahden kubitin portin 98 % toistotarkkuutta.

Useimmille kvanttitietotekniikan sovelluksista tarvitaan miljoonia kubitteja ja kvanttivirheet täytyy korjata, vaikka he olisivatkin pieniä”, professori Dzurak selventää. ”Jotta virheenkorjaus olisi mahdollista, kubittien on itse asiassa oltava erittäin tarkkoja, joten on tärkeää arvioida niiden toistotarkkuus.”

”Mitä tarkemmat kubitit ovat, sitä vähemmän niitä tarvitset ja sitä nopeammin voimme käynnistää suunnittelun ja valmistuksen toteuttamaan täysimittaisen kvanttitietokoneen.”

”Viimeisin tulos tuo meidät lähemmäksi tämän teknologian kaupallistamista - ryhmäni on rakentamassa kvanttisirua, jota voidaan käyttää todellisissa sovelluksissa”, professori Dzurak kertoo yliopistonsa tiedotteessa.

Fotoniikka ja kvanttilaskenta: Uutta puhtia kvanttitietokoneen kehitykseen

Kätevää valon ja aineen vuorovaikutusta

Pii ja kvanttitietokone: Integroidun kvanttipiirin toiminta mahdollista

Toimivia kubitteja piille

Aiheesta yleisemmin: Tuleeko kvanttitietokoneesta todellisuutta?

Kvanttitietokoneet töihin

22.05.2019Erittäin nopeita magneettisia muisteja
21.05.2019Happea akkujen kehitykseen
20.05.2019Neulanreiät hologrammeja tuottamaan
17.05.2019Lasketaan nopeammin kvasihiukkasilla
16.05.2019Kondensaattoreita tulostamalla
15.05.2019Kvanttitietotekniikkaa grafeenin ja piin avulla
14.05.2019Suurtaajuussiirto tehostuu grafeenilla
13.05.2019Aivomaista tietotekniikkaa
11.05.2019Kvanttitason mittauksia
09.05.2019Tehokkaampia muistimateriaaleja

Siirry arkistoon »