Erikoismuotoiltuja kvanttipisteitä

Tulevaisuuden kvanttitietokoneiden piimikrosirut ovat täynnä miljoonia, ellei miljardeja kubitteja ja ne tarvitsivat miljoonia johteita mikrosirun piireinä, joten ahdasta tulee.

Kvanttialgoritmin toteuttamiseksi tarvitaan myös kahden kubitin portteja, joissa yhden kubitin ohjaus on ehdollinen toisen tilalle. Jotta tämä toimisi, molemmat kvanttipisteet on sijoitettava vain muutaman 10 nanometrin etäisyydelle toisistaan, jotta niiden spinit voivat olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa.

UNSW Sydneyn insinöörit ovat kehittäneet pitkänomaisia (jellybean) kvanttipisteitä. Niiden pitkulaiset alueet kubittiparien välillä antavat enemmän tilaa johdotukselle keskeyttämättä tapaa, jolla kaksi kubittia ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa.

Kuten apulaisprofessori Arne Laucht selittää, pitkänomainen kvanttipiste ei ole uusi käsite kvanttilaskennan tutkimuksessa. "Sellainen on osoitettu erilaisissa materiaalijärjestelmissä, kuten galliumarsenidissa. Mutta sitä ei ole aiemmin esitelty piissä”, hän sanoo.

"Mutta koska kubittien on oltava hyvin lähellä toisiaan jakaakseen informaatiota keskenään, johtojen sijoittaminen kunkin parin väliin oli aina haaste."

Pitkänomainen kvanttipisteen valmistamiseksi piihin insinöörit löysivät tavan luoda elektroniketju ansoittamalla sopivan määrän elektroneja kubittien väliin. Niiden avulla kummassakin päässä olevat kubittielektronit voivat keskustella toisen pään kanssa.

RWTH Aachenin yliopiston ja Forschungszentrum Jülichin tutkijat ovat puolestaan paljastaneet kaksikerroksisen grafeenin kaksoiskvanttipisteiden tärkeitä ominaisuuksia, joka on yhä lupaavampi materiaali mahdollisiin kvanttiteknologioiden sovelluksiin.

Ryhmä on osoittanut lähes täydellisen hiukkasaukkosymmetrian grafeenin kvanttipisteissä, mikä voisi johtaa tehokkaampaan
kvanttitiedonkäsittelyyn.

Kaksoiskvanttipisteitä on tutkittu laajasti tavallisissa puolijohdealustoissa, kuten galliumarsenidissa, piissä tai piigermaniumissa, koska ne tarjoavat kätevän solid-state-alustan kvantti-informaation koodaamiseen.

Nyt on osoitettu, että kaksoiskvanttipisteillä kaksikerroksisessa grafeenissa on enemmän tarjottavaa kuin muissa materiaaleissa. Ne mahdollistavat sellaisten järjestelmien toteuttamisen, joissa on lähes täydellinen hiukkas-aukko symmetria ja jossa kuljetus tapahtuu luomalla ja tuhoamalla (annihilate) yksittäisiä elektroni-aukko pareja, joilla on vastakkaiset kvanttiluvut. Tämä johtaa vahvoihin valintasääntöihin, joita voidaan käyttää spin- ja valley-kubittien korkean tarkkuuden lukujärjestelmiin.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttipisteisiä ja nemaattisia kubitteja

Ensimmäiset teollisesti valmistetut kubitit

Grafeenin kvanttipisteet magneettikenttäantureina