Onderzoekers van de TU Delft zijn erin geslaagd om een opstelling te maken die te vergelijken is met een charge-coupled device voor elektronen met een bepaalde spin. Daarmee is het gelukt om individuele elektronen met behoud van hun spin te transporteren over een relatief grote afstand.
De onderzoekers noemen hun variant op de ccd dan ook 'single-spin-ccd'. In de single-spin-ccd worden elektronen met behoud van hun spin als het ware één voor één langs een rijtje verschoven, zonder dat de spin van de elektronen verandert, legt onderzoeker Tim Baart uit op de website van de universiteit. Vervolgens wordt de spin aan het eind van de rij uitgelezen.
In het geval van de single-spin-ccd uit het onderzoek van de Delftenaren bestaat het rijtje uit drie quantum dots. Quantum dots zijn een soort 'emmertjes' waarin enkele elektronen met een bepaalde spin worden 'bewaard'. De drie elektronen worden steeds een stap opgeschoven met behulp van elektrische velden. Aan het einde van de keten worden ze vervolgens in een andere quantum dot uitgelezen.
De techniek kan misschien gebruikt worden in kwantumcomputers om kwantuminformatie op te slaan, spin van elektronen te verplaatsen van de ene processor naar een andere, informatie uit te wisselen tussen twee quantum dots of om kwantuminformatie te verplaatsen tussen spins van elektronen en gepolariseerde fotonen.
Foto gemaakt met een elektronenmicroscoop. In de kleine rondjes of quantum dots worden de elektronen gevangen. Het grote rondje met de pijl leest de quantum dots uit. Foto: Tim Baart
Het verplaatsen van een ensemble van spins over betrekkelijk lange afstanden van meer dan 100 micrometer is niet nieuw, ook het transport van enkele elektronen in halfgeleiders is niet nieuw. De combinatie van het transporteren van een enkel elektron met behoud van spin over een lange afstand was echter nog niet eerder gerealiseerd, schrijven de onderzoekers in hun artikel in Nature Nanotechnology. Met hun single-spin-ccd hebben ze aangetoond dat dit mogelijk is.
In de kwantum-ccd is het al gelukt de spin van de elektronen over meer dan vijfhonderd sprongen van quantum dot naar quantom dot te behouden. De spin, naar boven of naar beneden, kan gebruikt worden om informatie op te slaan in een qubit. Het is de onderzoekers onder andere gelukt om de qubit stabiel te houden voor ongeveer 10 milliseconden, waarna de kwantumtoestand verdween.
Op dit moment moet nog gewerkt worden bij temperaturen tot slechts 0,3 graden boven het absolute nulpunt om de spin vast te kunnen stellen. Ook is het halfgeleidermateriaal niet volledig homogeen, waardoor verschillende spanningen nodig zijn om de elektronen te verplaatsen tussen de quantum dots. Dat is ook de reden waarom het prototype niet meer dan drie quantum dots heeft om elektronen tussen heen en weer te schuiven. Als de snelheid van de single-spin-ccd met een factor tienduizend of meer kan worden verhoogd, kan de ccd snel genoeg zijn om niet alleen een enkele kwantumstaat per elektron bij te houden, maar ook een superpositie.
/i/1332606714.png?f=fpa)
:strip_exif()/i/1345729991.gif?f=fpa)
/i/1242375854.png?f=fpa)
:strip_exif()/i/1286274802.jpeg?f=fpa)
/i/1288623446.png?f=fpa)
/i/1257342214.png?f=fpa)
:strip_exif()/i/1171896603.gif?f=fpa)
/u/276077/cerberus.png?f=community){kind=small}
/u/12967/c5512929c5778c25c9da2378c7dbb01b.png?f=community){kind=small}
:strip_exif()/u/92989/av-74.gif?f=community){kind=small}
:strip_exif()/u/429887/crop5762925d4489b_cropped.gif?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/14375/crop5b37355e6e78c_cropped.jpeg?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/12461/crop65b195553d948.jpg?f=community){kind=small}
. De D-Wave maakt weldegelijk gebruik van kwantummechanische processen, maar het is heel specifiek ontwikkeld voor quantum annealing en niet voor generieke kwantumalgoritmes.
:strip_icc():strip_exif()/u/240168/crop562bc0c839611_cropped.jpeg?f=community){kind=small}
. Ik lees deze berichten gewoon graag om te zien wat ze er allemaal bereiken.
/u/89414/crop601ef6957a87f_cropped.png?f=community){kind=small}