Souhrn
Výzkumníci z Pokročilého institutu pro výzkum materiálů na Tohoku University v Japonsku vyvinuli polovodičové zařízení na bázi oxidu zinečnatého (ZnO), které umožňuje elektrickou kontrolu tří vzájemně propojených kvantových teček. Tento krok posouvá využití oxidových materiálů v kvantovém počítání, zejména díky prokázané schopnosti dosáhnout režimu s několika elektrony v každé tečce – klíčové podmínky pro fungování kvantových bitů (qubitů).
Klíčové body
- Vytvoření a plně elektrická kontrola trojnásobné kvantové tečky v oxidu zinečnatém.
- Každá tečka dosáhla „few-electron regime“, což je nezbytné pro stabilní qubity.
- Oxid zinečnatý nabízí výhody jako dlouhá koherence spinu a silné elektronové korelace.
- Pozorován kvantový efekt buněčného automatu, umožňující nízkopříkonové kvantové logické operace.
- Zařízení bylo vyrobeno pomocí ZnO heterostruktury, což umožnilo silné vazby mezi tečkami.
Podrobnosti
Tým vedený docentem Tomohirem Otsukou vytvořil heterostrukturu na bázi oxidu zinečnatého, která umožňuje vytvářet a přesně ovládat tři kvantové tečky pomocí elektrického pole. Každá z těchto teček – nanometrových struktur, které dokáží izolovat malý počet elektronů – byla přivedena do režimu s několika elektrony, což je základní požadavek pro využití jako qubitů v kvantových počítačích. Oxid zinečnatý je v tomto kontextu zajímavý díky své schopnosti udržovat spinovou koherenci po delší dobu a díky silným elektronovým korelacím, které mohou být využity pro pokročilé kvantové operace.
Klíčovým objevem je projev kvantového buněčného automatu (quantum cellular automata effect), kdy konfigurace náboje v jedné tečce ovlivňuje sousední tečky a způsobuje synchronní pohyb dvou elektronů. Tento mechanismus může vést k logickým operacím s minimální spotřebou energie, což je kritické pro škálovatelnost kvantových systémů. Výzkumníci potvrdili silné vazby mezi tečkami analýzou elektronového transportu.
Proč je to důležité
Tento výzkum rozšiřuje spektrum materiálů vhodných pro kvantové počítání. Zatímco většina současných qubitových architektur využívá křemík nebo supravodivé materiály, oxid zinečnatý nabízí alternativní cestu s potenciálem pro lepší koherenci a nižší energetickou náročnost. Ačkoli se nejedná o průlom s okamžitým průmyslovým využitím, představuje důležitý krok ve výzkumu nových materiálů pro kvantové informační technologie a může inspirovat další pokusy s oxidovými polovodiči v kvantové elektronice.
Zdroj: 📰 Space Daily
| 