Исследователи из отдела квантовой динамики Окинавского института науки и технологий (OIST) разработали новый метод – обнаружение заряда изображения – для обнаружения переходов электронов в квантовые состояния. Электроны могут служить квантовыми битами, наименьшей единицей квантовой информации; эти биты лежат в основе более крупных вычислительных систем. Квантовые компьютеры могут быть использованы для понимания механизма сверхпроводимости, криптографии, искусственного интеллекта и других приложений.
«Существует огромный разрыв между управлением несколькими квантовыми битами и созданием квантового компьютера», – сказал доктор. Эрика Каваками, ведущий автор нового исследования, опубликованного в Physical Review Letters с предложения редактора. "При нынешнем состоянии квантовых битов квантовый компьютер должен быть размером с футбольное поле. Наш новый подход потенциально может создать десятисантиметровый чип."
Новый потенциал электронов на гелии
Электроны необходимо иммобилизовать, чтобы они служили квантовыми битами; в противном случае они свободно передвигаются. Для создания системы захвата электронов исследователи использовали в качестве подложки жидкий гелий, который сжижается при низких температурах.
Поскольку гелий не содержит примесей, ожидается, что эти электроны сохранят квантовые состояния дольше, чем в любых других материалах, что важно для реализации квантового компьютера.
Проф.
Денис Константинов и его сотрудники Каваками и доктор. Асем Элараби поместил конденсатор с параллельными пластинами внутрь медного элемента, охлажденного до 0 ° C.2 градуса Кельвина (-272.8 градусов Цельсия) и заполнены конденсированным жидким гелием.
Электроны, генерируемые вольфрамовой нитью, находились на поверхности жидкого гелия между двумя пластинами конденсатора. Затем микроволновое излучение, введенное в медную ячейку, возбуждало квантовые состояния электронов, заставляя электроны уходить от нижней пластины конденсатора и приближаться к верхней пластине конденсатора.
Исследователи подтвердили возбуждение квантовых состояний, наблюдая электростатическое явление, называемое зарядом изображения. Как отражение в зеркале, заряд изображения точно отражает движение электронов.
Если электрон движется дальше от пластины конденсатора, то заряд изображения движется рядом с ней.
Двигаясь вперед, исследователи надеются использовать это обнаружение заряда на изображении для измерения спинового состояния отдельного электрона или квантового орбитального состояния, не нарушая целостности квантовых систем.
«В настоящее время мы можем обнаруживать квантовые состояния ансамбля многих электронов», – сказал Константинов. "Сильная сторона этого нового метода заключается в том, что мы можем уменьшить масштаб этого метода до одного электрона и использовать его в качестве квантового бита."