El cálculo con espines de electrones en una computadora cuántica supone que los estados de espín duran un período de tiempo suficiente. Los físicos de la Universidad de Basilea y el Instituto Suizo de Nanociencia han demostrado que el intercambio de electrones en puntos cuánticos limita fundamentalmente la estabilidad de esta informaciónEl control de este proceso de intercambio allana el camino para un mayor progreso en la coherencia de los estados cuánticos frágiles. El informe de los investigadores con sede en Basilea aparece en la revista científica. Cartas de revisión física.
La idea básica de una computadora cuántica es reemplazar los unos y ceros usados en los bits actuales con estados cuánticos, o qubits. Los Qubits son unidades de información que no solo asumen los valores cero y uno, sino que también son posibles cero y unoAl mismo tiempo, y en cualquier combinación elegida, en forma de superposición cuántica, Qubits puede, por ejemplo, implementarse utilizando los espines de electrones individuales contenidos en estructuras a nanoescala hechas de material semiconductor, conocidos como puntos cuánticos.principios mecánicos como la superposición, una computadora cuántica puede alcanzar enormes velocidades de procesamiento, pero solo si los espines de electrones persisten durante el tiempo suficiente.
En los últimos años, ha sido posible extender este llamado tiempo de coherencia a más de un milisegundo, gracias a la reducción exitosa de la interferencia causada por los espines nucleares. Por lo tanto, la búsqueda de otros factores que afectan la estabilidad de los espines de electronesaumentado en importancia.
Descubrimiento del intercambio de electrones
Los físicos de la Universidad de Basilea y el Instituto Suizo de Nanociencia han establecido que la coherencia de los qubits está limitada por un proceso en el que los electrones individuales se intercambian entre un punto cuántico y un depósito externo. El depósito representa un tipo de electrodo que está encontacto con el punto cuántico y es necesario para las mediciones.
Los investigadores, dirigidos por el profesor Dominik Zumbühl, observaron que la excitación térmica hace que un electrón salte del punto cuántico al depósito, y que poco después un electrón salta del depósito al punto cuántico.
Este intercambio crea un estado de carga de corta duración, que los investigadores en Basilea ahora han podido demostrar por primera vez con un sensor de carga. El proceso de intercambio también conduce a una aleatorización de los espines de electrones, a través de los cuales se obtiene información cuántica.perdió.
Proceso fundamental para la coherencia
Con base en las observaciones experimentales, los investigadores pudieron ampliar significativamente la descripción teórica existente de puntos cuánticos dobles, que pueden contener dos electrones. También lograron influir en la intensidad del proceso de intercambio dependiente de la temperatura enfriando los electrones hasta60 milikelvins. Al mismo tiempo, el proceso se ralentizó y la estabilidad de los giros se prolongó al cambiar los voltajes en las entradas o puertas al punto cuántico.
La comprensión y el control de este proceso de intercambio, que es fundamental para los puntos cuánticos, allana el camino para un mayor progreso en la coherencia qubit. Al mismo tiempo, abre el camino a una generación rápida de estados de espín deseados en puntos cuánticos.
Implementación de un concepto teórico con raíces de Basilea
Este enfoque, por el cual los puntos cuánticos en semiconductores se explotan para usar el giro de un electrón individual como qubit, se remonta al Prof. Daniel Loss de la Universidad de Basilea y al físico estadounidense David DiVincenzo. Su concepto,que presentaron originalmente en 1998, tiene el potencial de permitir la creación de computadoras cuánticas con una gran cantidad de spin qubits conectados. El estudio actual se llevó a cabo en colaboración con investigadores de la Universidad de St Andrews GB y la Universidad de California, Santa Bárbara EE. UU..
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Materiales proporcionado por Universität Basel . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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