Объединенные квантовые точки могут предложить новый способ хранения квантовой информации

Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) и их коллеги впервые создали и представили новую пару квантовых точек - крошечные островки ограниченного электрического заряда, которые действуют как взаимодействующие искусственные атомы.

Такие «связанные» квантовые точки могут служить надежным квантовым битом, или кубитом, фундаментальной единицей информации для квантового компьютера. Более того, закономерности электрического заряда на островке не могут быть полностью объяснены современными моделями квантовой физики, что дает возможность исследовать новые богатые физические явления в материалах. 

Изучение квантовых точек

В отличие от классического компьютера, который использует двоичные биты, которые имеют только два фиксированных значения - «1» или «0» - для хранения памяти, квантовый компьютер будет хранить и обрабатывать информацию в кубитах, которые могут одновременно принимать множество значения. Следовательно, они могут выполнять гораздо большие и более сложные операции, чем классические биты, и могут революционизировать вычисления.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Электроны вращаются вокруг центра одной квантовой точки, аналогично тому, как они вращаются вокруг атомов. Заряженные частицы могут занимать только определенные разрешенные уровни энергии. На каждом энергетическом уровне электрон может занимать ряд возможных положений в точке, отслеживая орбиту, форма которой определяется правилами квантовой теории. Пара связанных квантовых точек может делить электрон между ними, образуя кубит. 

Для изготовления квантовых точек команда под руководством NIST, в которую вошли исследователи из наноцентра Университета Мэриленда и Национального института материаловедения в Японии, использовала сверхострый наконечник сканирующего туннельного микроскопа (STM). Поместив наконечник над ультрахолодным листом графена (один слой атомов углерода, расположенных в виде сот), исследователи ненадолго увеличили напряжение наконечника. 

Электрическое поле, создаваемое импульсом напряжения, проникало через графен в нижележащий слой нитрида бора, где он отрывал электроны от атомных примесей в слое и создавал накопление электрического заряда. В графене куча свободно плавающих электронов закручена и ограничена крошечной энергетической ямой.

Но когда команда приложила магнитное поле от 4 до 8 тесла (примерно в 400-800 раз больше силы маленького стержневого магнита), это резко изменило форму и распределение орбит, которые могут занимать электроны. Вместо одной лунки электроны теперь находились в двух наборах концентрических, близко расположенных колец в исходной лунке, разделенных небольшой пустой оболочкой. Два набора колец для электронов теперь вели себя так, как если бы они были слабосвязанными квантовыми точками. 

Это первый раз, когда исследователи настолько глубоко исследовали внутреннюю часть системы связанных квантовых точек, изображая распределение электронов с атомным разрешением (см. Иллюстрацию), отметил соавтор NIST Дэниел Уолкап. Чтобы получить изображения и спектры системы с высоким разрешением, команда воспользовалась особым соотношением между размером квантовой точки и расстоянием между уровнями энергии, занимаемыми электронами, вращающимися вокруг орбиты: чем меньше точка, тем больше расстояние, и тем легче различить соседние энергетические уровни. 

В предыдущем исследовании квантовых точек с использованием графена команда применила меньшее магнитное поле и обнаружила структуру колец, напоминающих свадебный торт, с центром в одной квантовой точке, которая является источником концентрических колец квантовых точек. Используя наконечник STM для построения точек примерно на половине диаметра (100 нанометров) точек, которые они изучали ранее, исследователям удалось раскрыть полную структуру связанной системы. 

Группа, в состав которой входили Уолкап, Фереште Гахари, Кристофер Гутьеррес и Джозеф Строскио из NIST и НаноЦентра Мэриленда, описывает свои выводы в журнале Physical Review B.

По словам Уолкапа, способ, которым электроны распределяются между двумя связанными точками, не может быть объяснен принятыми моделями физики квантовых точек. Строскио отметил, что эту головоломку важно решить, если в конечном итоге связанные квантовые точки будут использоваться в качестве кубитов в квантовых вычислениях. опубликовано econet.ru по материалам scitechdaily.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet