Các hạt vướng víu – tức là những hạt có trạng thái lượng tử vẫn tương quan bất kể khoảng cách giữa chúng – rất quan trọng đối với nhiều công nghệ lượng tử. Về nguyên tắc, các thiết bị được gọi là bộ tách cặp Cooper có thể tạo ra các hạt vướng víu như vậy bằng cách tách các electron ghép cặp bên trong các vật liệu siêu dẫn, nhưng quá trình này được coi là quá ngẫu nhiên và không thể kiểm soát được nên không thể sử dụng trong thực tế.

Các nhà vật lý tại Đại học Aalto ở Phần Lan hiện đã đưa ra một đề xuất lý thuyết chỉ ra rằng trên thực tế, các cặp electron này có thể được phân tách theo yêu cầu bằng cách đặt các điện áp phụ thuộc thời gian vào các chấm lượng tử đặt ở hai bên của dải siêu dẫn. Kỹ thuật này bảo tồn trạng thái vướng víu của các electron tách biệt, có thể hỗ trợ sự phát triển của máy tính lượng tử sử dụng các electron vướng víu làm bit lượng tử (qubit).

Khi một vật liệu siêu dẫn thông thường được làm lạnh đến nhiệt độ rất thấp, các electron bên trong nó sẽ vượt qua lực đẩy lẫn nhau và ghép đôi. Những cái gọi là cặp Cooper này truyền qua vật liệu mà không gặp bất kỳ lực cản nào. Các electron ghép đôi bị vướng víu một cách tự nhiên, với các spin hướng ngược nhau. Việc tách và tách các cặp electron này trong khi vẫn giữ nguyên sự vướng víu của chúng sẽ hữu ích cho nhiều ứng dụng, bao gồm cả điện toán lượng tử, nhưng thực hiện việc này không phải là một nhiệm vụ dễ dàng.

Trong tác phẩm mới nhất được trình bày chi tiết trong Đánh giá vật lý B, nhà vật lý dẫn đầu bởi nhà lý thuyết Christian Flindt đề xuất một phương pháp mới để vận hành bộ chia cặp Cooper. Thiết kế của họ bao gồm một dải siêu dẫn chứa hai điện cực và được ghép với hai chấm lượng tử (những mảnh vật liệu bán dẫn có kích thước nano) ở hai bên của dải. Khi đặt một điện áp vào các điện cực, các electron ghép cặp Cooper trong chất siêu dẫn bị hút về đầu dải siêu dẫn và tách ra, với mỗi chấm lượng tử chứa một electron tách biệt tại một thời điểm. Những electron tách biệt này sau đó có thể được truyền qua dây nano.

Điện áp phụ thuộc thời gian

Mấu chốt trong cách bố trí của đội là điện áp đặt vào điện cực ở một bên của dải thay đổi theo thời gian sao cho đúng hai cặp Cooper tách ra và bật ra trong mỗi dao động tuần hoàn. Flindt giải thích: “Trong các thí nghiệm cho đến nay, điện áp đặt vào được giữ không đổi”. “Trong đề xuất của mình, chúng tôi chỉ ra cách kiểm soát việc phân tách các cặp Cooper bằng điện áp phụ thuộc vào thời gian áp vào thiết bị.”

Dựa trên những tính toán của họ, Flindt và các đồng nghiệp ước tính rằng bộ tách cặp Cooper của họ có thể tách các electron vướng víu ở tần số trong phạm vi gigahertz. Hầu hết các máy tính hiện đại hoạt động với chu kỳ xung nhịp trong phạm vi này và đối với nhiều công nghệ lượng tử, điều quan trọng là phải có nguồn hạt vướng víu nhanh tương tự. Thật vậy, việc kết hợp nhiều bộ tách với nhau có thể giúp hình thành cơ sở của một máy tính lượng tử hoạt động bằng cách sử dụng các electron vướng víu, đội nghiên cứu cho biết.

Các nhà thực nghiệm được mời “nhặt dùi cui”

Các nhà vật lý Aalto quyết định thực hiện nghiên cứu của họ vì họ nhận ra rằng cần phải kiểm soát sự phân tách của các cặp Cooper. Thử thách lớn nhất của họ là tìm ra cách thay đổi điện áp kịp thời sao cho các cặp Cooper có thể được phân chia theo yêu cầu. Nhìn về phía trước, họ cho rằng có thể hiện thực hóa đề xuất của mình bằng thực nghiệm và hy vọng rằng các nhà thực nghiệm sẽ “nhặt dùi cui”.

“Cũng sẽ rất thú vị khi nghiên cứu cách bộ tách cặp Cooper theo yêu cầu của chúng tôi có thể được tích hợp vào một mạch điện tử lượng tử lớn hơn để phát triển khả năng xử lý thông tin lượng tử,” Flindt nói. Thế giới vật lý.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/controllable-cooper-pair-splitter-could-separate-entangled-electrons-on-demand/