Concepção artística de como um único elétron é transferido entre dois pontos distantes do quantum
Surfando em uma onda sonora
Dois grupos independentes de cientistas deram um passo importante para a criação de um computador quântico prático, mostrando como a transferência de elétrons individuais através de distâncias relativamente longas entre os pontos quânticos. Ambos os esquemas envolvem o uso de ondas sonoras na superfície de um material para impulsionar elétrons entre os pontos quânticos - que são sub-micro-empresas pedaços de semicondutores. As equipes estão confiantes de que em breve será capaz de mostrar que os elétrons chegam ao seu destino com suas informações quantum intactas, tornando o sistema viável "quantum barramento de dados" para um computador quântico.
Computadores quânticos, que exploram fenômenos puramente quântica, tais como superposição e emaranhamento, deverá, em princípio, ser capaz de superar os computadores clássicos em determinadas tarefas. Mas construir um computador quântico prático ainda é um desafio porque a entidades físicas que armazenam e pedaços de transferência quânticos (qubits) de informação são difíceis de implementar e são facilmente destruídos.
A vantagem de usar os pontos quânticos como qubits é que eles podem segurar os elétrons zero, um ou dois, definindo assim o "estado da lógica" dos dados qubit. Além disso, dois elétrons em um ponto se misturam - uma condição que persiste mesmo que um elétron é cuidadosamente removido e transportado a alguma distância. Este processo, que é conhecido como "teletransporte quântico", pode desempenhar um papel importante em computadores quânticos.

Evitando decoerência

Enquanto os físicos podem confiável de transferência de um único elétron curtas distâncias entre pontos adjacentes quantum, movendo-o em torno de um circuito integrado contendo centenas ou milhares de qubits é um desafio significativo. O problema é que um elétron em um metal ou semicondutor viaja através de um "mar" de elétrons vasta outros que podem destruir o emaranhamento. Uma maneira de evitar esta "decoerência" é essencialmente drenar o mar de elétrons dos canais apropriados no circuito - efetivamente tornando-os isolantes. O desafio é, então, como dar a energia de elétrons o suficiente para enviá-la voar através do canal sem causar decoerência.
Agora, porém, Tristan Meunier e seus colegas do Institut Néel em Grenoble, da Universidade de Tóquio ea Universidade de Bochum, na Alemanha - e, independentemente, McNeil Rob e seus colegas da Universidade de Cambridge, no Reino Unido - criaram uma maneira de entregar que chute. Ambas as equipes fabricados dispositivos semicondutores semelhantes, cada uma com dois pontos quânticos separados por vários microns. Em ambos os casos os pontos são conectados por um canal de semicondutores estreito entre dois eletrodos.
Ilustração da paisagem de energia potencial do dispositivo de Cambridge
SAWs apresentam um grande potencial para os elétrons em movimento
Para esgotar o canal de todos os elétrons sua condução, ambos os times aplicada uma tensão negativa para ambos os eletrodos. O pontapé é fornecida por um atuador piezoelétrico que injeta uma onda acústica de superfície (SAW) pulso ao longo do canal. A SAW é uma onda sonora que viaja sobre a superfície de um material, onde ele faz os íons positivos no canal a oscilar para trás e para frente. O resultado é um campo elétrico que leva o elétron para a frente.

Transferência extremamente rápido

Meunier e colegas empregados um atuador piezoelétrico, que foi capaz de conduzir um elétron a 3 mm entre os dois pontos em apenas ns 1. Este é muito mais rápido do que o microssegundos várias que leva para decoerência para destruir um quantum dot qubit, algo que é essencial para um computador quântico prático, de acordo com Meunier. Enquanto isso, em Cambridge, McNeil e seus colegas usaram dois opostos atuadores piezoelétricos para saltar um elétron e para trás entre os pontos quânticos separados por 4 mm. De fato, McNeil disse que eles foram capazes de fazer isso até 60 vezes, o que significa que o elétron percorrer um total de 0,25 mm.
Ambos os experimentos foram realizados em temperatura extremamente baixa, o que significa que há poucas ondas sonoras aleatórias no canal que causaria decoerência. A onda de SAW em si é coerente e não deve destruir emaranhamento, segundo McNeil. No entanto, nenhuma equipe confirmou que o elétron não sofre decoerência em sua jornada - algo que ambos os laboratórios estão investigando.
O trabalho de ambas as equipas é descrita em dois artigos separados na Nature .