חוקרים מהמכון למדעי התעשייה, אוניברסיטת טוקיו פתרו בעיה בסיסית בהעברת מידע קוונטי, שיכולה לשפר באופן דרמטי את התועלת של מעגלים משולבים ומחשוב קוונטי. קרדיט: המכון למדעי התעשייה, אוניברסיטת טוקיו
אלקטרוניקה קוונטית מייצגת סטייה משמעותית מהאלקטרוניקה הקונבנציונלית. במערכות מסורתיות, הזיכרון מאוחסן בספרות בינאריות. לעומת זאת, האלקטרוניקה הקוונטית משתמשת בקיוביטים לאחסון, שיכולים ללבוש צורות שונות, כולל אלקטרונים הכלואים בננו-מבנים המכונים נקודות קוונטיות. אף על פי כן, היכולת להעביר מידע מעבר לנקודה הקוונטית הסמוכה מהווה אתגר מהותי, ובכך מגבילה את אפשרויות התכנון של קיוביטים.
כעת, במחקר שפורסם לאחרונה ב מכתבי סקירה פיזית, חוקרים מהמכון למדעי התעשייה באוניברסיטת טוקיו פותרים את הבעיה הזו: הם פיתחו טכנולוגיה חדשה להעברת מידע קוונטי על פני אולי עשרות עד מאה מיקרומטרים. התקדמות זו עשויה לשפר את הפונקציונליות של האלקטרוניקה הקוונטית הקרובה.
מנגנון ההעברה
כיצד יכולים חוקרים להעביר מידע קוונטי, מנקודה קוונטית אחת לאחרת, על אותו שבב מחשב קוונטי? דרך אחת יכולה להיות המרת מידע אלקטרוני (חומר) למידע אור (גל אלקטרומגנטי): על ידי יצירת מצבים היברידיים של אור-חומר. עבודה קודמת לא הייתה תואמת את צרכי האלקטרון האחד של עיבוד מידע קוונטי. שיפור בהעברת מידע קוונטי במהירות גבוהה בצורה גמישה יותר בתכנון ותואמת לכלי ייצור המוליכים למחצה הזמינים כיום הייתה מטרת המחקר של צוות המחקר.
"בעבודתנו, אנו מחברים כמה אלקטרונים בנקודה הקוונטית למעגל חשמלי המכונה מהוד טבעת מפוצלת של טרה-הרץ", מסביר קזויוקי קורואמה, המחבר הראשי של המחקר. "העיצוב פשוט ומתאים לאינטגרציה בקנה מידה גדול."
עבודה קודמת התבססה על צימוד המהוד עם אנסמבל של אלפי עד עשרות אלפי אלקטרונים. למעשה, חוזק הצימוד מבוסס על הגודל הגדול של הרכב זה. לעומת זאת, המערכת הנוכחית מגבילה רק מעט אלקטרונים, מה שמתאים לעיבוד מידע קוונטי. עם זאת, גם אלקטרונים וגם גלים אלקטרומגנטיים של טרה-הרץ מוגבלים לאזור קטן במיוחד. לכן, חוזק הצימוד דומה בחוזק לזה של מערכות מרובות אלקטרונים.
"אנחנו נרגשים כי אנחנו משתמשים במבנים הנפוצים בננוטכנולוגיה מתקדמת – ובדרך כלל משולבים בייצור מוליכים למחצה – כדי לעזור לפתור בעיה מעשית של העברת מידע קוונטי", אומר קזוהיקו היראקאווה, מחבר בכיר. "אנו גם מצפים ליישם את הממצאים שלנו להבנת הפיסיקה הבסיסית של מצבים מצמדים של אור-אלקטרונים."
עבודה זו היא צעד חשוב קדימה בפתרון בעיה מטרידה בעבר בהעברת מידע קוונטי שיש לה יישומים מוגבלים של ממצאי מעבדה. בנוסף, המרה הדדית מסוג אור-חומר נחשבת לאחת הארכיטקטורות החיוניות עבור מחשבים קוונטיים בקנה מידה גדול המבוסס על נקודות קוונטיות מוליכים למחצה. מכיוון שתוצאות החוקרים מבוססות על חומרים ונהלים הנפוצים בייצור מוליכים למחצה, יישום מעשי צריך להיות פשוט.
