Sidney'deki New South Wales Üniversitesi'nden kuantum mühendisleri, kuantum bilgisayarlar için daha iyi kararlılık sağlamak için silikon yongalarda yapay atomlar yarattı. Nature Communications dergisindeki bir çalışmada, New South Wales Üniversitesi'ndeki kuantum hesaplama araştırmacıları, silikon "kuantum noktalarında" yapay atomları nasıl yarattıklarını anlattılar. "Kuantum noktası", kuantum bilgisinin temel birimi olan kübitlerin elektronların kullanıldığı bir kuantum devresindeki küçük bir uzaydır. Bilim adamı Profesör Andrew Zurak şöyle açıkladı:

Gerçek atomlardan farklı olarak, yapay atomların çekirdeği yoktur, ancak yapay atomlar, çekirdeğin etrafında dönmek yerine yine de cihazın merkezi etrafında dönen elektron kabuklarına sahiptir. Yapay atomlar yaratmak için elektron kullanma fikri yeni değil, aslında ilk olarak 1930'larda teorik olarak önerilmiş ve daha sonra 1990'larda deneysel olarak gösterilmiş (silikonda olmasa da). Yeni Güney Galler Üniversitesi Avustralya Ulusal Üretim Tesisi direktörü ve ARC ödülü sahibi Andrew Zurak şunları söyledi: 2013 gibi erken bir zamanda silikon ile bir ön versiyon yaptık.

Ancak son araştırmada bizi asıl heyecanlandıran şey, daha fazla elektrona sahip yapay atomların önceden düşünülenden çok daha güçlü olması. Bu, yapay atomların kuantum bilgisayar hesaplamalarında güvenilir bir şekilde kullanılabileceği anlamına gelir. Bu önemlidir, çünkü yalnızca bir elektrona dayanan kübitler çok güvenilmez olabilir. Araştırma ekibi, oluşturulan farklı yapay atom türlerini periyodik bir kübit tablosuyla karşılaştırdı, çünkü bu öncü çalışmanın gerçekleştirildiği 2019'un Uluslararası Periyodik Tablo Yılı olduğunu düşünmek uygun. Lise fen derslerini düşünürseniz, duvarda asılı bir çizelge hatırlayabilirsiniz.

Yukarıda, bir elektron için hidrojen, iki elektron için helyum, üç elektron için lityum vb. İle başlayarak, elementin kaç elektrona sahip olduğuna göre bilinen tüm elementler listelenir. Her bir atom ağırlaştıkça ve daha fazla elektron aldıkça, 'kabuk' denen farklı yörünge seviyelerinde organize olacaklarını bile hatırlayabilirsiniz. Kuantum devrelerinde yapay atomlar yaratıldığında, periyodik tablodaki doğal atomlar gibi iyi organize edilmiş ve öngörülebilir elektron kabuklarının da olduğu ortaya çıktı.

Bu noktaları birleştirin

Profesör Dzurak ve New South Wales Üniversitesi Elektrik Mühendisliği Okulu ekibi, yapay atomlardaki elektronların kararlılığını test etmek için silikonda bir kuantum cihazı yapılandırdı. Kuantum noktaları oluşturmak için silikondaki fazla elektronları çekmek için metal yüzey üzerindeki "geçit" elektrodundan silikona bir voltaj uygulanır Bu, sadece yaklaşık 10 nanometre çapında sonsuz küçük bir boşluktur. Bu sonucun teorik analizine öncülük eden Dr. Saleva, şunları söyledi: Gerilim yavaşça arttığında, yeni elektronlar birer birer emilerek kuantum noktasında yapay bir atom oluşturacak.

Gerçek bir atomda, ortada çekirdek olan pozitif bir yük vardır ve ardından negatif yüklü elektronlar onu üç boyutlu yörüngelerde çevreler. Yapay atomlarda, pozitif yük, pozitif çekirdekten değil, kapı elektrodundan gelir.Kapı, silikon oksidin yalıtım bariyeri ile silikondan ayrılır ve daha sonra elektronlar onun altında asılı kalır ve her elektron, kuantum noktasının merkezi etrafında dolanır. Ancak bir küre oluşturmak yerine, bir diskte düz olarak düzenlenirler. Araştırmacılar, fazladan bir elektron yeni bir muhafazayı doldurmaya başladığında ne olacağıyla ilgileniyorlar.

Periyodik cetvelde dış tabakada sadece bir elektron bulunan elementler hidrojen ve metaller lityum, sodyum ve potasyumdur. Kuantum noktalarında hidrojen, lityum ve sodyum eşdeğerleri oluşturulduğunda, kabuktaki izole edilmiş elektron temelde bir kübit olarak kullanılabilir. Şimdiye kadar, silikon cihazlardaki atomik kusurlar, kübitlerin davranış şeklini bozarak güvenilmez işlemlere ve hatalara yol açtı. Ancak, iç katmandaki fazladan elektronlar, kuantum noktalarının kusurlu yüzeyindeki "patlatıcı" gibi görünüyor, her şeyi yumuşatıyor ve dış elektronlara stabilite getiriyor. Elektronik kararlılık ve kontrolün gerçekleştirilmesi, silikon tabanlı kuantum bilgisayarların gerçeğe dönüşmesi için önemli bir adımdır.

Elektron dönüşü

Klasik bir bilgisayar "bit" bilgisini temsil etmek için 0 veya 1 kullandığında, kuantum bilgisayardaki kübit, 0 ve 1 değerlerini aynı anda saklayabilir. Bu, kuantum bilgisayarların geleneksel bilgisayarlar gibi art arda hesaplamalar yapmak yerine paralel olarak hesaplamalar yapmasını sağlar. Daha sonra, kuantum bilgisayarların veri işleme kapasitesi, mevcut kübit sayısıyla katlanarak artacaktır. Çalışma, bir kübitin değerini kodlamak için bir elektronun dönüşünü kullanıyor. Spin kuantum mekaniksel bir özelliktir Elektron küçük bir mıknatıs gibi davranır Kuzey kutbunu döndürme şekline bağlı olarak yukarı veya aşağı doğru 1 veya 0'a karşılık gelebilir.

Doğal bir atomdaki veya yapay bir atomdaki elektronlar tam bir kabuk oluşturduğunda, kutupları zıt yönlerde düzenlenir, bu nedenle sistemin toplam dönüşü sıfırdır, bu da onları kübit olarak işe yaramaz hale getirir. Ancak yeni bir kabuk başlatmak için başka bir elektron eklendiğinde, bu fazladan elektronun bir dönüşü vardır ve şimdi tekrar kübit olarak kullanılabilir. Yeni araştırmalar, bu yapay atomların kabuklarındaki elektronların dönüşünü kontrol etmenin mümkün olduğunu ve böylece güvenilir ve kararlı kübitler getirmenin mümkün olduğunu gösteriyor.

Silikonun avantajları

Bu gerçekten önemlidir, çünkü artık daha az kararlı kübitlerin kullanılabileceği anlamına gelir. Bir elektron çok kararsızdır, ancak 5 elektronlu veya 13 elektronlu yapay bir atom çok daha kararlıdır. 2015 yılında araştırma ekibi, bir silikon cihazdaki iki kübit arasındaki kuantum mantığını dünyada ilk gösteren kişi oldu. Ve tüm modern bilgisayar çiplerini üretmek için kullanılan aynı teknoloji olan CMOS teknolojisine dayalı tam ölçekli bir kuantum bilgisayar çipi mimarisi tasarımı yayınladı.

Silikon CMOS teknolojisi kullanılarak, kuantum bilgisayarların geliştirme süresi büyük ölçüde kısaltılabilir.Bu kuantum bilgisayarlar, yeni ilaçlar tasarlamak veya enerji tüketimini azaltmak için yeni kimyasal katalizörler tasarlamak gibi küresel öneme sahip sorunları çözmek için milyonlarca kübit gerektirir. Bu son buluşun devamı olarak ekip, "yapay moleküller" oluşturmak için bu yeni yapay atomlara kimyasal bağ kurallarının nasıl uygulanacağını keşfedecek. Bunlar, büyük ölçekli silikon kuantum bilgisayarları gerçekleştirmek için gereken gelişmiş çok kübitli mantık kapılarını oluşturmak için kullanılacak.

Brocade | Araştırma / Gönderen: New South Wales Üniversitesi

Referans Dergisi "Nature Communications"

DOI: 10.1038 / s41467-019-14053-w

Brocade Park Bilim, Teknoloji, Bilimsel Araştırma, Popüler Bilim

Takip edin Bokeyuan Daha fazlasını görün Damei Universe Science

Güneş kırmızı bir dev olduğunda, ışık tek başına Plüton dışındaki asteroitleri patlatabilir.

Büyük Patlamadan sonra, 10 saniye içinde, evren 33 kat büyümüştür.

Ağır! Grafen "fonon" akışkan dinamiği, yüksek sıcaklık termal iletkenliği ve ikinci akustik olayların keşfi

Elektromanyetik dalgalar ışınlandığında, alt dalga boylarındaki parçacıkların olay enerjisini genliğe bağladıkları bulunmuştur.

Kuantum bilgisayarların ve gelişmiş sensörlerin işlevsel bileşenleri olan parlak ışık kaynağı kuantum noktaları oluşturun

İsviçreli damadı, Çin toplumunun salgın önleme videosunu filme aldı ve internette popüler oldu ve Zürih yerel gazetesi bunu büyük uzunluklarda bildirdi.

Görmek Yaş ortalaması 25, tek bir günün en yüksek zirvesi, 9.000'den fazla telefon görüşmesi olan servis ekibi ... Chongqing 12315 yardım hattı, kitlelere hizmet vermek için bir köprü kuruyor

Chongqing, yaban hayatı içeren suçları önleyecek

Chongqing: Göçmenlere yeni koroner pnömoni teşhisi kondu ve masrafları kendilerine ait olmak üzere temel sağlık sigortasına katılmadı. Wuhan'a aşk mektubunu yazan Chongqing güzelliği kim?

Huanglong, Siguniang Dağı ve Dagu Buzulu 31 Mart'ta açılacak

Wuhan'da havai fişekler var

Taizhou, Jiangsu: İlkbaharda çiftçilik sağlamak için pirinç tohumlarının işlenmesi