Simetrik Kuantum Noktaları Geleceğin Kübitleri Olabilir mi?

Sağlam yarı iletken spin kübitlerinin geliştirilmesi, gelecekte büyük ölçekli kuantum bilgisayarların gerçekleştirilmesine yardımcı olabilir. Bununla birlikte, mevcut kuantum nokta(Bir kuantum noktası, nanoölçekte bir tür atomik / moleküler yapı veya silikon ve yarı iletken malzemelerden yapılmış bir "nanokristal" dir.) tabanlı kübit sistemleri henüz emekleme aşamasındadır. 2022 yılında Hollanda'daki QuTech'teki araştırmacılar ilk kez 6 adet silikon tabanlı spin kübit oluşturmayı başardılar.Oluşturdukları çift kuantum noktaları, sağlam bir okuma mekanizmasına izin veren neredeyse mükemmel bir elektron deliği simetrisi ile karakterize ediliyor.

Forschungszentrum Jülich ve RWTH Aachen Üniversitesi'nden Prof. Christoph Stampfer, "İki katmanlı grafen benzersiz bir yarı iletken" olduğunun belirtiyor. "Tek katmanlı grafen ile birçok özelliği paylaşıyor ve ayrıca başka bazı özel özelliklere de sahip. Bu da onu kuantum teknolojileri için çok ilginç kılıyor."

Bu özelliklerden biri, sıfırdan yaklaşık 120 mili-elektronvolt'a kadar harici bir elektrik alanıyla ayarlanabilen bir bant aralığına sahip olmasıdır. Bant aralığı, yük taşıyıcılarını kuantum noktaları olarak adlandırılan ayrı alanlara hapsetmek için kullanılabilir. Uygulanan voltaja bağlı olarak, bunlar tek bir elektronu veya onun muadili olan bir deliği - temelde katı hal yapısındaki eksik bir elektronu - hapsedebilir. Hem elektronları hem de delikleri hapsetmek için aynı kapı yapısını kullanma olasılığı, geleneksel yarı iletkenlerde karşılığı olmayan bir özelliktir.

Peki çalışmanın uygulanabiliriği ne?

Stampfer, "Bu simetrinin iki dikkate değer sonucu var: elektronlar ve delikler farklı kuantum noktalarında uzamsal olarak ayrıldığında bile neredeyse mükemmel bir şekilde korunuyor"ifadesinde bulundu . Bu mekanizma, kubitleri daha uzun bir mesafe boyunca diğer kubitlerle birleştirmek için kullanılabilir.

Bu hibrit sistemler, dolaşık parçacık çiftlerinin ya da yapay topolojik sistemlerin verimli kaynaklarını oluşturmak için kullanılabilir ve bizi topolojik kuantum bilgisayarları gerçekleştirmeye bir adım daha yaklaştırabilir.

Araştırma sonuçları Nature dergisinde yayımlandı.