Запутанные частицы, то есть частицы, квантовые состояния которых остаются коррелированными независимо от расстояния между ними, важны для многих квантовых технологий. Устройства, называемые разделителями куперовских пар, в принципе могут генерировать такие запутанные частицы, разделяя электроны, образующиеся в сверхпроводящих материалах, но этот процесс считался слишком случайным и неконтролируемым, чтобы его можно было использовать на практике.
Физики в Университет Аалто в Финляндии выдвинули теоретическое предложение, указывающее, что эти электронные пары могут фактически расщепляться по требованию путем приложения зависящего от времени напряжения к квантовым точкам, расположенным по обе стороны сверхпроводящей полосы. Этот метод, сохраняющий запутанное состояние разделенных электронов, может помочь в разработке квантовых компьютеров, использующих запутанные электроны в качестве квантовых битов (кубитов).
Когда обычный сверхпроводящий материал охлаждается до очень низких температур, электроны внутри него преодолевают взаимное отталкивание и образуют пары. Эти так называемые куперовские пары распространяются через материал без какого-либо сопротивления. Спаренные электроны естественным образом запутаны, их спины направлены в противоположные стороны. Извлечение и разделение этих электронных пар при сохранении их запутанности было бы полезно для множества приложений, включая квантовые вычисления, но сделать это — непростая задача.
В последней работе, подробно описанной в Физический обзор B, физики во главе с теоретиком Кристиан Флиндт предложить новый способ работы сплиттера пары Купера. Их конструкция состоит из сверхпроводящей полосы, которая содержит два электрода и соединена с двумя квантовыми точками (наноразмерными кусочками полупроводникового материала) по обе стороны полосы. Когда на электроды подается напряжение, куперовские электроны внутри сверхпроводника притягиваются к кончику сверхпроводящей полосы и разделяются, при этом каждая квантовая точка вмещает по одному отделенному электрону за раз. Эти разделенные электроны затем могут быть переданы через нанопроволоку.
Зависящие от времени напряжения
Ключом к установке команды является то, что напряжение, приложенное к электроду на одной стороне полоски, меняется во времени, так что ровно две куперовские пары расщепляются и выбрасываются во время каждого периодического колебания. «До сих пор в экспериментах приложенное напряжение поддерживалось постоянным», — объясняет Флиндт. «В нашем предложении мы показываем, как расщеплением куперовских пар можно управлять с помощью зависящего от времени напряжения, приложенного к устройству».
Новое устройство запутывает свободные электроны с фотонами
Основываясь на своих расчетах, Флиндт и его коллеги подсчитали, что их сплиттер куперовских пар может разделять запутанные электроны на частоте в гигагерцовом диапазоне. Большинство современных компьютеров работают с тактовыми циклами в этом диапазоне, и для многих квантовых технологий важно иметь такой же быстрый источник запутанных частиц. Действительно, объединение нескольких сплиттеров вместе может помочь сформировать основу квантового компьютера, который работает с использованием запутанных электронов, говорят ученые.
Экспериментаторов пригласили «подхватить эстафету»
Физики Аалто решили провести исследование, поскольку поняли, что необходимо контролировать расщепление куперовских пар. Их самая большая задача заключалась в том, чтобы выяснить, как изменять напряжения во времени так, чтобы пары Купера разделялись по требованию. Забегая вперед, они полагают, что их предложение можно будет реализовать экспериментальным путем, и надеются, что экспериментаторы «подхватят эстафету».
«Было бы также интересно изучить, как наш разделитель пар Купера по требованию может быть интегрирован в более крупную квантовую электронную схему для разработки квантовой обработки информации», — говорит Флиндт. Мир физики.
- SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
- PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
- ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
- ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
- ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
- Источник: https://physicsworld.com/a/controllable-cooper-pair-splitter-could-separate-entangled-electrons-on-demand/
