Najnowsze ustalenia na ten temat są dziełem przedstawicieli Politechniki Federalnej w Zurychu oraz ich współpracowników z Japonii, o czym piszą na łamach Nature Physics. W centrum zainteresowania tamtejszych naukowców znalazły się dwuwarstwowe grafenowe kropki kwantowe. Takowe mogą stanowić potencjalną platformę dla kubitów spinowych. Członkowie zespołu debatowali nad tym, czy stopień swobody tych kropek może być wykorzystany do kodowania informacji kwantowej.
Przeprowadzone eksperymenty wykazały, iż wspomniany stopień swobody jest powiązany ze stanami kwantowymi. Te ostatnie cechują się przy tym wysokim stopniem trwałości, dlatego mogłyby świetnie sprawdzać się w czasie prowadzenia obliczeń kwantowych.
Czytaj też: DeepSouth – superkomputer, który dorówna ludzkiemu mózgowi
O grafenie jest głośno od lat. Ten dwuwymiarowy materiał składa się z atomów węgla połączonych w heksagonalną strukturę charakteryzującą się ogromną wytrzymałością. Poza właściwościami mechanicznymi kuszące dla naukowców okazują się też właściwości elektroniczne, stwarzając szereg potencjalnych zastosowań. Co istotne, nakładanie na siebie kolejnych warstw grafenu może wydłużać tę listę. Członkowie zespołu badawczego wykorzystali dwie takie warstwy.
Czym są natomiast kropki kwantowe? Najprościej można je opisać jako niewielkich rozmiarów trójwymiarowe obszary ograniczone barierami potencjału. Z ich wykorzystaniem możliwe jest uzyskanie wysokiego stopnia kontroli nad pojedynczymi elektronami, co sprawdza się szczególnie w odniesieniu do kubitów spinowych, gdzie informacja kwantowa jest zakodowana w stopniu swobody spinu elektronu.
Kodowanie informacji kwantowych z wykorzystaniem kubitów powinno pozwolić na wykonywanie zaawansowanych obliczeń i realizację skomplikowanych zadań przez komputery przyszłości
Takie informacje są niestety podatne na zakłócenia prowadzące do ich uszkadzania. W przypadku wielu kropek kwantowych do tzw. dekoherencji spinu elektronu może dojść za sprawą oddziaływań na linii spin-orbita. W grafenie takie oddziaływania są słabe, dlatego grafenowe kropki kwantowe mogą okazać się rozwiązaniem problemu dekoherencji w kubitach spinowych.
Gdy swobodne elektrony znajdą się w minimach bądź maksimach energetycznych, to mówi się o dolinach. W dwuwarstwowych grafenowych kropkach kwantowych występują dwie doliny energetyczne odpowiadające przeciwnym wartościom pędu elektronu. Tamtejszy stopień swobody może być rozpatrywany na podobnej zasadzie, jak spin elektronowy w dwuwarstwowych grafenowych kropkach kwantowych. I choć o dolinach było wiadomo od pewnego czasu, to nie było jasne, czy można wykorzystać je w praktyczny sposób w odniesieniu do kodowania informacji za pośrednictwem kubitów.
Czytaj też: Kwantowy ping-pong stał się rzeczywistością. Aż trudno uwierzyć w to, co naukowcy robią z atomami
Niedawno doszło do rewolucji, za którą stoją naukowcy z Japonii i Szwajcarii. Mierząc czas potrzebny na przejście z jednego stanu spinowego bądź dolinowego w drugi, członkowie zespołu zorientowali się, że okresy spinowe przekraczają pół sekundy. To zadowalająca wiadomość w nawiązaniu do potencjalnego wykorzystania kubitów. W przypadku okresów dolinowych zmierzona wartość była znacznie mniejsza i nie przekraczała 25 milisekund.
W ramach dalszych badań autorzy będą dążyli do identyfikacji mechanizmów wpływających na czas trwania okresów dolinowych i spinowych. W ten sposób zamierzają określić, które zmienne sprawdzą się najlepiej w sterowaniu kubitami dolinowymi. Jeśli chodzi o parametry odgrywające istotną rolę w czasie trwania tych okresów, to naukowcy wskazują na różnicę energii między stanami podstawowymi dwóch różnych konfiguracji podwójnej kropki kwantowej oraz łatwość, z jaką elektron w jednej kropce kwantowej może wejść na terytorium drugiej.
