Verstrengelde deeltjes – dat wil zeggen deeltjes met kwantumtoestanden die gecorreleerd blijven, ongeacht de afstand ertussen – zijn belangrijk voor veel kwantumtechnologieën. Apparaten die Cooper-paarsplitters worden genoemd, kunnen in principe dergelijke verstrengelde deeltjes genereren door de elektronen te scheiden die zich in supergeleidende materialen vormen, maar het proces werd als te willekeurig en oncontroleerbaar beschouwd om van praktisch nut te zijn.

natuurkundigen bij Aalto University in Finland hebben nu een theoretisch voorstel ingediend dat aangeeft dat deze elektronenparen in feite op verzoek kunnen worden gesplitst door tijdsafhankelijke spanningen toe te passen op kwantumdots die aan weerszijden van een supergeleidende strook zijn geplaatst. De techniek, die de verstrengelde toestand van de gescheiden elektronen behoudt, zou de ontwikkeling van kwantumcomputers kunnen helpen die verstrengelde elektronen gebruiken als kwantumbits (qubits).

Wanneer een conventioneel supergeleidend materiaal wordt afgekoeld tot zeer lage temperaturen, overwinnen de elektronen daarin hun onderlinge afstoting en vormen ze paren. Deze zogenaamde Cooper-paren planten zich zonder enige weerstand door het materiaal voort. De gekoppelde elektronen zijn op natuurlijke wijze verstrengeld, met spins die in tegengestelde richtingen wijzen. Het extraheren en scheiden van deze elektronenparen met behoud van hun verstrengeling zou nuttig zijn voor een groot aantal toepassingen, waaronder kwantumcomputers, maar dit is geen gemakkelijke taak.

In het nieuwste werk, dat gedetailleerd wordt beschreven in Fysieke beoordeling B, natuurkundigen onder leiding van een theoreticus Christian Flindt een nieuwe manier voorstellen om een ​​Cooper-paarsplitter te bedienen. Hun ontwerp bestaat uit een supergeleidende strip die twee elektroden bevat en aan weerszijden van de strip is gekoppeld aan twee quantum dots (stukjes halfgeleidend materiaal van nanoformaat). Wanneer een spanning op de elektroden wordt aangelegd, worden Cooper-gepaarde elektronen in de supergeleider naar de punt van de supergeleidende strook getrokken en gescheiden, waarbij elke kwantumdot één afzonderlijk elektron tegelijk herbergt. Deze gescheiden elektronen kunnen vervolgens via een nanodraad worden doorgegeven.

Tijdsafhankelijke spanningen

De sleutel tot de opstelling van het team is dat de spanning die wordt aangelegd op de elektrode aan één kant van de strip in de tijd varieert, zodat tijdens elke periodieke oscillatie precies twee Cooper-paren worden gesplitst en uitgeworpen. “In experimenten tot nu toe werden de aangelegde spanningen constant gehouden”, legt Flindt uit. “In ons voorstel laten we zien hoe het splitsen van Cooper-paren kan worden geregeld met tijdsafhankelijke spanningen die op het apparaat worden toegepast.”

Op basis van hun berekeningen schatten Flindt en collega's dat hun Cooper-paarsplitter verstrengelde elektronen zou kunnen scheiden met een frequentie in het gigahertzbereik. De meeste moderne computers werken met klokcycli in dit bereik, en voor veel kwantumtechnologieën is het belangrijk om over een even snelle bron van verstrengelde deeltjes te beschikken. Het combineren van verschillende splitters zou inderdaad kunnen helpen de basis te vormen van een kwantumcomputer die werkt met verstrengelde elektronen, zegt het team.

Experimentalisten uitgenodigd om “het stokje over te nemen”

De natuurkundigen van Aalto besloten hun onderzoek uit te voeren omdat ze zich realiseerden dat het nodig was om de splitsing van Cooper-paren te controleren. Hun grootste uitdaging was om erachter te komen hoe ze de spanningen in de tijd konden variëren, zodat de Cooper-paren op verzoek zouden worden gesplitst. Vooruitblikkend vinden zij dat het mogelijk moet zijn om hun voorstel experimenteel te verwezenlijken en hopen dat de experimentatoren “het stokje overnemen”.

“Het zou ook interessant zijn om te onderzoeken hoe onze on-demand Cooper-paarsplitter kan worden geïntegreerd in een groter kwantumelektronisch circuit om de verwerking van kwantuminformatie te ontwikkelen”, vertelt Flindt. Natuurkunde wereld.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/controllable-cooper-pair-splitter-could-separate-entangled-electrons-on-demand/