Yksittäinen elektroni surffailee ääniaallolla

Piirit, jotka kuljettavat yksittäisiä elektroneja yksi kerrallaan, voisivat siirtää kvantti-informaatiota kvanttitietokoneen solmujen välillä, mutta tutkijat ovat kamppailleet saadakseen elektronien liikkeen riittävän tarkasti hallintaan.

Nyt fyysikot ovat osoittaneet parannetun yhden elektronin kuljetuksen hallinnan käyttämällä fokusoitua ääniaaltoa, joka kuljettaa hiukkasta sirun pintaa pitkin samalla tavalla kuin vesiaalto liikuttaa surffaajaa.

Jatkokehityksen myötä tutkijat odottavat, että tekniikan pitäisi olla hyödyllinen monimutkaisten piirien suunnittelussa kvanttitietokoneissa tai tarkkuuslaitteiden, kuten yhden fotonin lähteiden, ohjaamisessa.

"Ääniaallot tarjoavat tehokkaan tavan kuljettaa yksi elektroni nanomittakaavaisissa laitteissa, mutta tarkkaa hallintaa on ollut vaikea saada, koska ääniaallot koostuvat tyypillisesti useista jaksoista", sanoo Christopher Bäuerle Grenoble Alpes -yliopistosta Ranskasta. Tällöin surffaava elektroni voi saada monta aaltoa, joten elektronin sijainti on ajan myötä epävarma.

Nyt Bäuerlen johtama tiimi on kehittänyt menetelmän, joka käyttää voimakasta, paikallista äänipulssia laajemman aallon sijaan.

Periaatteen testaamiseksi tutkijat valmistivat pietsosähköiseen materiaaliin elektronisen sirun, jonka vasen puoli koostui kvanttikaivosta ja sarjasta elektrodeja, jotka virittävät lyhytkestoisia pinta-akustisia aaltoja. Akustiset pulssit suunnattiin kohti sirun oikean puolen kvanttipistettä. Kvanttipisteet ovat 8 mikrometrin päässä toisistaan ja niitä yhdistää kapea johtava kanava, jota kutsutaan kvanttikiskoksi.

Ryhmä latasi yhden elektronin ensimmäiseen kvanttipisteeseen ja lähetti sitten äänipulssin kvanttikiskoa pitkin. Liikkuva äänipulssi kantoi mukanaan jännitepulssin materiaalin pietsosähköisestä luonteesta johtuen. Todellisuudessa tämä ääniaallon indusoima jännitepulssi vangitsi elektronin ensimmäisestä kvanttipisteestä ja siirsi sen toiseen.

Noin 70 000 koeajon sarjassa ryhmä osoitti, että tekniikka siirsi elektronia kahden kvanttipisteen väliin yli 99 prosentin onnistumisasteella. Vielä tärkeämpää on, että fokusoitu aalto antoi paremman hallinnan elektronin sijoituksesta.

Jatkokehityksen myötä Bäuerle ehdottaa, että tämän tekniikan pitäisi tarjota joustava tapa ohjata tarkasti elektronien liikettä piireissä, jotka käsittelevät informaatiota elektronin varauksen tai spinin avulla.

Aiheesta aiemmin:

Pistetään eksitonit surffailemaan

Spinaalloilla pitkälle