Συσκευές που μπορούν να παγιδεύουν μεμονωμένα ηλεκτρόνια θεωρούνται βασικά δομικά στοιχεία για μελλοντικά συστήματα κβαντικής πληροφορικής. Τα ηλεκτρόνια αυτά λειτουργούν ως qubits – φυσικά συστήματα που υπακούουν στους νόμους της κβαντομηχανικής.
Ένας τρόπος ελέγχου τους είναι μέσω των quantum dots, εξαιρετικά μικρών δομών που συγκρατούν φορτισμένα σωματίδια με ηλεκτρικά πεδία σε ηλεκτρόδια που απέχουν μόλις μερικές δεκάδες νανόμετρα.
Η επίδραση γειτονικών quantum dots
Για να είναι χρήσιμα, τα quantum dots πρέπει να διατηρούν την κβαντική πληροφορία για μεγάλο χρονικό διάστημα. Ωστόσο οι κβαντικές καταστάσεις είναι ιδιαίτερα ευαίσθητες και μπορούν εύκολα να διαταραχθούν από εξωτερικές επιδράσεις.
Νέα έρευνα έδειξε ότι όταν πολλά quantum dots βρίσκονται κοντά μεταξύ τους – όπως θα συμβαίνει σε έναν πλήρως λειτουργικό κβαντικό υπολογιστή – η μεταξύ τους αλληλεπίδραση μπορεί να επηρεάσει αρνητικά την πληροφορία.
Μικρομαγνήτες – Καλύτερος έλεγχος αλλά και κίνδυνοι
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μικρομαγνήτες ώστε τα ηλεκτρόνια να είναι πιο ευαίσθητα στα ηλεκτρικά πεδία. Αυτό επέτρεψε ακριβέστερο έλεγχο με μικρές μεταβολές τάσης. Όμως η ίδια ευαισθησία δημιουργεί πρόβλημα, καθώς η κίνηση ηλεκτρονίων σε γειτονικά quantum dots παράγει πεδία που μεταβάλλουν την ενέργεια του qubit και διαταράσσουν την κβαντική πληροφορία.
Μετρήσεις και επόμενα βήματα
Οι επιστήμονες μέτρησαν άμεσα αυτή τη μεταβολή ενέργειας και διαπίστωσαν ότι μπορεί να αυξήσει σημαντικά τα σφάλματα αν δεν αντιμετωπιστεί σωστά. Όπως σημειώνει ένας από τους ερευνητές, «τα πειραματικά αποτελέσματα βοηθούν την κοινότητα της κβαντικής υπολογιστικής να κατανοήσει την επίδραση των μετακινήσεων ηλεκτρονίων στα κυκλώματα».
Προσθέτει επίσης ότι «επόμενος στόχος είναι η ανάπτυξη μεθόδων για την εξάλειψη ή αξιοποίηση αυτής της ενεργειακής μεταβολής, κάτι που ίσως δώσει πλεονέκτημα στα qubits πυριτίου».