Recent onderzoek biedt een nieuwe draai aan het gebruik van halfgeleiderstructuren op nanoschaal om snellere computers en elektronica te bouwen. Letterlijk.

Onderzoekers van de Universiteit van Pittsburgh en de Technische Universiteit Delft onthullen in het online nummer van 17 februari van Natuur Nanotechnologie een nieuwe methode die de eenheden die nodig zijn om bliksemsnelle elektronica van stroom te voorzien, beter bewaart, bekend als qubits (uitgesproken als CUE-bits). Gat draait, in plaats van elektronenspins, kan kwantumbits tot 10 keer langer in dezelfde fysieke staat houden dan voorheen, het rapport vindt.

"Eerder, onze groep en anderen hebben elektronenspins gebruikt, maar het probleem was dat ze in wisselwerking stonden met kernspins, en daarom was het moeilijk om de uitlijning en controle van elektronenspins te behouden, " zei Sergey Frolov, assistent-professor bij de afdeling Natuur- en Sterrenkunde binnen Pitt's Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences, die het werk deed als postdoctoraal onderzoeker aan de Technische Universiteit Delft in Nederland.

Terwijl normale rekenbits wiskundige waarden van nul of één bevatten, kwantumbits leven in een wazige superpositie van beide toestanden. Het is deze kwaliteit, zei Frolov, waarmee ze meerdere berekeningen tegelijk kunnen uitvoeren, exponentiële snelheid biedt ten opzichte van klassieke computers. Echter, het lang genoeg in stand houden van de toestand van de qubit om berekeningen uit te voeren, blijft een langdurige uitdaging voor natuurkundigen.

"Om een ​​levensvatbare kwantumcomputer te creëren, de demonstratie van langlevende kwantumbits, of qubits, is noodzakelijk, " zei Frolov. "Met ons werk, we zijn een stap dichterbij gekomen."

De gaten in het gat draaien, Frolov legde uit, zijn letterlijk lege ruimtes die overblijven wanneer elektronen worden verwijderd. Met behulp van extreem dunne filamenten genaamd InSb (indium antimonide) nanodraden, de onderzoekers creëerden een transistorachtig apparaat dat de elektronen in gaten kon transformeren. Vervolgens plaatsten ze precies één gat in een doos op nanoschaal die "een kwantumpunt" wordt genoemd en controleerden de spin van dat gat met behulp van elektrische velden. Deze benadering - met nanoschaalgrootte en een hogere dichtheid van apparaten op een elektronische chip - is veel voordeliger dan magnetische controle, die tot nu toe typisch werd gebruikt, zei Frolov.

"Ons onderzoek toont aan dat gaten, of lege ruimtes, kunnen betere spin-qubits maken dan elektronen voor toekomstige kwantumcomputers."

"Spins zijn de kleinste magneten in ons universum. Onze visie voor een kwantumcomputer is om duizenden spins met elkaar te verbinden, en nu weten we hoe we een enkele draai moeten besturen, " zei Frolov. "In de toekomst, we willen dit concept graag opschalen naar meerdere qubits."