Pitkään kestäviä grafeenin laaksotiloja kubiteille

ETH Zürichin Solid State Physics -laboratorion tutkijat löysivät todisteita siitä, että kaksikerroksiset grafeenikvanttipisteet voivat sisältää lupaavan uudenlaisen kvanttibitin, joka perustuu niin kutsuttuihin laaksotiloihin.

Tohtorit Rebekka Garreis, Chuyao Tong, Wister Huang ja heidän kollegansa professorien Klaus Ensslinin ja Thomas Ihnin ryhmässä ETH Zürichin fysiikan laitokselta ovat tutkineet kaksikerroksisen grafeenin (BLG) kvanttipisteitä. Ne tunnetaan mahdollisena alustana spin-kubiteille, ja tutkijat ovat selvitelleen voidaanko BLG:n toista vapausastetta käyttää kvantti-informaation koodaamiseen.

Heidän viimeisimmät havaintonsa, Japanin National Institute for Materials Science -instituutin yhteistyökumppaneiden kanssa, osoittavat, että BLG:n niin kutsuttu laakson vapausaste liittyy kvanttitiloihin, jotka ovat erittäin pitkäikäisiä ja joita on siksi harkittava lisäresurssina piiritekniseen kvanttilaskentaan.

Garreis, Tong ja työtoverit tarkastelivat kaksoiskvanttipistettä – eli kahta viritettävällä kytkennällä varustettua pistettä – BLG:ssä ja mittasivat relaksoitumisajan laakso- ja spin-tiloissa. Relaksaatioaika asettaa ajallisen asteikon, jolla järjestelmä siirtyy laaksosta tai spin-tilasta toiseen ja menettää relaksaatioprosessin seurauksena energiaansa ja muuttuu soveltumattomaksi sitten kubittioperaatioon.

Tutkimusryhmä havaitsi, että laaksotilojen relaksoitumisajat ylittävät puoli sekuntia, mikä viittaa lupaaviin koherenssiominaisuuksiin tuleville laaksokubiteille.

Spinin relaksaatioajan mittaus BLG-kaksoiskvanttipisteessä antaa alle 25 mikrosekunnin arvon, joka on paljon lyhyempi kuin laaksotilojen relaksaatioaika, mutta sopii hyvin yhteen puolijohteiden kvanttipisteillä mitattujen spin-relaksaatioaikojen kanssa. Tärkeää on, että molemmat arvot ovat hyväksyttäviä korkealaatuiseen kubitin manipulointiin ja luentaan.

On selvää, että tarvitaan täydellisempää ymmärrystä mekanismeista, jotka vaikuttavat laakso- ja spin-relaksaatioaikoihin, jotta voidaan tunnistaa, mitkä muuttujat voivat toimia parhaiten tulevien laakson kubittien manipuloinnissa.

Sillä välin Garreisin, Tongin ja yhteistyökumppaneiden esittämät havainnot antavat aihetta lisätä laaksotilat BLG-kvanttipisteinä puolijohdetekniikan kvanttilaskennan maisemaan.

Aiheesta aiemmin:

Uusi kubittialusta luodaan atomi kerrallaan

Hiilinanoputki kvanttibittien kodiksi