Τα μπλεγμένα σωματίδια –δηλαδή αυτά με κβαντικές καταστάσεις που παραμένουν συσχετισμένα ανεξάρτητα από την απόσταση μεταξύ τους– είναι σημαντικά για πολλές κβαντικές τεχνολογίες. Οι συσκευές που ονομάζονται διαχωριστές ζεύγους Cooper μπορούν, καταρχήν, να δημιουργήσουν τέτοια μπερδεμένα σωματίδια διαχωρίζοντας τα ηλεκτρόνια που ζευγαρώνουν μέσα σε υπεραγώγιμα υλικά, αλλά η διαδικασία θεωρήθηκε πολύ τυχαία και ανεξέλεγκτη για να είναι πρακτικής χρήσης.
Φυσικοί στο Aalto University στη Φινλανδία έχουν τώρα υποβάλει μια θεωρητική πρόταση που δείχνει ότι αυτά τα ζεύγη ηλεκτρονίων θα μπορούσαν, στην πραγματικότητα, να χωριστούν κατόπιν ζήτησης εφαρμόζοντας χρονικά εξαρτώμενες τάσεις σε κβαντικές κουκκίδες που τοποθετούνται εκατέρωθεν μιας υπεραγώγιμης λωρίδας. Η τεχνική, η οποία διατηρεί τη μπερδεμένη κατάσταση των διαχωρισμένων ηλεκτρονίων, μπορεί να βοηθήσει στην ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών που χρησιμοποιούν μπερδεμένα ηλεκτρόνια ως κβαντικά bit (qubits).
Όταν ένα συμβατικό υπεραγώγιμο υλικό ψύχεται σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, τα ηλεκτρόνια μέσα σε αυτό ξεπερνούν την αμοιβαία απώθησή τους και ζευγαρώνουν. Αυτά τα λεγόμενα ζεύγη Cooper διαδίδονται μέσω του υλικού χωρίς καμία αντίσταση. Τα ζευγοποιημένα ηλεκτρόνια είναι φυσικά μπλεγμένα, με σπιν που δείχνουν προς αντίθετες κατευθύνσεις. Η εξαγωγή και ο διαχωρισμός αυτών των ζευγών ηλεκτρονίων διατηρώντας παράλληλα την εμπλοκή τους θα ήταν χρήσιμη για μια σειρά από εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένου του κβαντικού υπολογισμού, αλλά αυτό δεν είναι εύκολο έργο.
Στην πιο πρόσφατη εργασία, η οποία περιγράφεται αναλυτικά στο Φυσική αναθεώρηση Β, φυσικοί με επικεφαλής τον θεωρητικό Κρίστιαν Φλιντ προτείνετε έναν νέο τρόπο λειτουργίας ενός διαχωριστή ζεύγους Cooper. Ο σχεδιασμός τους αποτελείται από μια υπεραγώγιμη λωρίδα που περιέχει δύο ηλεκτρόδια και συνδέεται με δύο κβαντικές κουκκίδες (κομμάτια ημιαγώγιμου υλικού σε νανομετρία) εκατέρωθεν της λωρίδας. Όταν εφαρμόζεται τάση στα ηλεκτρόδια, τα ηλεκτρόνια με ζεύγη Cooper εντός του υπεραγωγού έλκονται στο άκρο της υπεραγώγιμης λωρίδας και διαχωρίζονται, με κάθε κβαντική κουκκίδα να φιλοξενεί ένα διαχωρισμένο ηλεκτρόνιο κάθε φορά. Αυτά τα διαχωρισμένα ηλεκτρόνια μπορούν στη συνέχεια να περάσουν μέσω ενός νανοσύρματος.
Τάσεις εξαρτώμενες από το χρόνο
Το κλειδί για τη ρύθμιση της ομάδας είναι ότι η τάση που εφαρμόζεται στο ηλεκτρόδιο στη μία πλευρά της λωρίδας ποικίλλει χρονικά έτσι ώστε ακριβώς δύο ζεύγη Cooper να χωρίζονται και να εκτινάσσονται κατά τη διάρκεια κάθε περιοδικής ταλάντωσης. «Στα μέχρι τώρα πειράματα, οι εφαρμοζόμενες τάσεις διατηρήθηκαν σταθερές», εξηγεί ο Flindt. «Στην πρότασή μας, δείχνουμε πώς η διάσπαση των ζευγών Cooper μπορεί να ελεγχθεί με τάσεις που εξαρτώνται από το χρόνο που εφαρμόζονται στη συσκευή».
Νέα συσκευή μπλέκει ελεύθερα ηλεκτρόνια με φωτόνια
Με βάση τους υπολογισμούς τους, ο Flindt και οι συνεργάτες του εκτιμούν ότι ο διαχωριστής του ζεύγους Cooper θα μπορούσε να διαχωρίσει τα μπλεγμένα ηλεκτρόνια σε μια συχνότητα στην περιοχή των gigahertz. Οι περισσότεροι σύγχρονοι υπολογιστές λειτουργούν με κύκλους ρολογιού σε αυτό το εύρος, και για πολλές κβαντικές τεχνολογίες είναι σημαντικό να υπάρχει μια παρόμοια γρήγορη πηγή μπερδεμένων σωματιδίων. Πράγματι, ο συνδυασμός πολλών διαχωριστών μαζί θα μπορούσε να βοηθήσει στη δημιουργία της βάσης ενός κβαντικού υπολογιστή που λειτουργεί χρησιμοποιώντας μπερδεμένα ηλεκτρόνια, λέει η ομάδα.
Οι πειραματιστές προσκλήθηκαν να «πάρουν τη σκυτάλη»
Οι φυσικοί του Aalto αποφάσισαν να αναλάβουν τη μελέτη τους επειδή συνειδητοποίησαν ότι υπήρχε ανάγκη να ελέγξουν τη διάσπαση των ζευγών Cooper. Η μεγαλύτερη πρόκληση τους ήταν να καταλάβουν πώς να μεταβάλουν τις τάσεις στο χρόνο έτσι ώστε τα ζεύγη Cooper να χωρίζονται κατόπιν ζήτησης. Κοιτάζοντας το μέλλον, πιστεύουν ότι θα πρέπει να είναι δυνατό να πραγματοποιηθεί πειραματικά η πρότασή τους και ελπίζουν ότι οι πειραματιστές θα «πάρουν τη σκυτάλη».
«Θα ήταν επίσης ενδιαφέρον να διερευνήσουμε πώς ο διαχωριστής ζευγών Cooper κατά παραγγελία μπορεί να ενσωματωθεί σε ένα μεγαλύτερο κβαντικό ηλεκτρονικό κύκλωμα για την ανάπτυξη κβαντικής επεξεργασίας πληροφοριών», λέει ο Flindt. Κόσμος Φυσικής.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
- πηγή: https://physicsworld.com/a/controllable-cooper-pair-splitter-could-separate-entangled-electrons-on-demand/
