Hiilinanoputki kvanttibittien kodiksi

Tutkijat ovat havainneet, että putkimainen hiilen nanomateriaali on ihanteellinen isäntä, joka pitää kvanttibitit pyörimässä paikoillaan ja siten käytettäväksi kvanttitietoteknologioissa.

Yhdysvaltain Argonnen kansallisen laboratorion tutkijat ovat yhteistyössä useiden yliopistojen tutkijoiden kanssa löytäneet menetelmän, jolla pyörivät elektronit voidaan viedä kubitteina isäntänanomateriaaliin. Heidän testituloksensa paljastivat ennätyspitkät koherenssiajat – minkä tahansa käytännön kubitin avainominaisuus, koska se määrittää kvanttioperaatioiden määrän, jotka voidaan suorittaa kubitin eliniän aikana.

Superposition kahdessa tilassa samaan aikaan oleminen tekee elektroneista hyviä ehdokkaita spin-kubiteille. Ne kuitenkin tarvitsevat sopivaa materiaalia jotta niitä voidaan sijoittaa, ohjata ja havaita sekä lukea niistä informaatiota.

Tätä silmällä pitäen ryhmä päätti tutkia nanomateriaalia, joka on valmistettu vain hiiliatomeista, on ontto putkimainen ja jonka paksuus on vain noin yksi nanometriä.

"Nämä hiilinanoputket ovat tyypillisesti muutaman mikrometrin pituisia", sanoi Xuedan Ma." Ne ovat enimmäkseen vapaita vaihtelevista ydinspinistä, jotka häiritsisivät elektronin spiniä ja vähentäisivät sen koherenssiaikaa."

Ryhmän kohtaama ongelma oli se, että hiilinanoputket eivät pysty ylläpitämään pyörivää elektronia yhdessä paikassa. Se liikkuu nanoputken ympärillä. Aiemmat tutkijat ovat asettaneet elektrodeja nanometrien päähän toisistaan rajoittaakseen pyörivän elektronin niiden väliin. Mutta tämä järjestely on iso, kallis ja haastava laajentaa.

Nyt ryhmä kehitti tavan eliminoida elektrodien tai muiden nanomittakaavaisten rakenteiden tarve elektronin rajoittamiseksi. Sen sijaan he muuttavat kemiallisesti hiilinanoputken atomirakennetta tavalla, joka vangitsee pyörivän elektronin yhteen paikkaan.

"Iloksemme kemiallinen modifiointimenetelmä luo uskomattoman vakaan spin-kubitin hiilinanoputkeen", iloitsee kemisti Jia-Shiang Chen.

Ryhmän testitulokset paljastivat ennätyspitkät koherenssiajat verrattuna muilla keinoin tehtyihin järjestelmiin – 10 mikrosekuntia.

Pienen koon vuoksi uusi spinkubittien alusta voidaan integroida helpommin kvanttilaitteisiin ja se mahdollistaa monia mahdollisia tapoja lukea kvantti-informaatiota. Lisäksi hiiliputket ovat erittäin joustavia ja niiden värähtelyjä voidaan käyttää informaation tallentamiseen kubitista.

"Se on vielä pitkä matka hiilinanoputken spin-kubitistamme käytännön teknologioihin, mutta tämä on suuri varhainen askel siihen suuntaan", Xuedan Ma sanoi.

Aiheesta aiemmin:

Paremman kvanttibitin rakentaminen

Kaksi spiniä tuottaa kvanttiväylän

"Kuumat" spinkvanttibitit piitransistoreissa