La futura elettronica quantistica differirà sostanzialmente dall’elettronica convenzionale. Mentre la memoria in quest’ultimo è archiviata come cifre binarie, la prima è archiviata come qubit, che possono assumere molte forme, come elettroni intrappolati in nanostrutture note come punti quantici. Tuttavia, le difficoltà nel trasmettere queste informazioni a qualsiasi cosa oltre il punto quantico adiacente hanno una progettazione limitata dei qubit.
Ora, in uno studio recentemente pubblicato su Physical Review Letters , i ricercatori dell'Istituto di Scienze Industriali dell'Università di Tokyo stanno risolvendo questo problema. Hanno sviluppato una nuova tecnologia per la trasmissione di informazioni quantistiche su una superficie che va da decine a cento micrometri. Questo progresso potrebbe migliorare la funzionalità della futura elettronica quantistica.
Come possono i ricercatori trasmettere informazioni quantistiche, da un punto quantico all'altro, sullo stesso chip del computer quantistico? Un modo potrebbe essere quello di convertire le informazioni sugli elettroni (materia) in informazioni sulla luce (onde elettromagnetiche), generando stati ibridi luce-materia.
Il lavoro precedente era incompatibile con le esigenze di un elettrone per l’elaborazione delle informazioni quantistiche. L'obiettivo dello studio del gruppo di ricerca era migliorare la trasmissione delle informazioni quantistiche ad alta velocità in un modo che fosse più flessibile nella progettazione e compatibile con gli strumenti di fabbricazione di semiconduttori attualmente disponibili.
"Nel nostro lavoro, accoppiamo alcuni elettroni nel punto quantico a un circuito elettrico noto come risonatore ad anello diviso terahertz", spiega Kazuyuki Kuroyama, autore principale dello studio. "Il design è semplice e adatto all'integrazione su larga scala."
Il lavoro precedente si basava sull'accoppiamento del risonatore con un insieme da migliaia a decine di migliaia di elettroni. In effetti, la forza di accoppiamento si basa sulle grandi dimensioni di questo insieme. Al contrario, il sistema attuale confina solo pochi elettroni, il che è adatto per l’elaborazione delle informazioni quantistiche. Tuttavia, sia gli elettroni che le onde elettromagnetiche terahertz sono confinati in un'area ultra piccola. Pertanto, la forza di accoppiamento è paragonabile a quella dei sistemi a molti elettroni.
"Siamo entusiasti perché utilizziamo strutture diffuse nelle nanotecnologie avanzate - e comunemente integrate nella produzione di semiconduttori - per aiutare a risolvere un problema pratico di trasmissione di informazioni quantistiche", afferma Kazuhiko Hirakawa, autore senior. "Non vediamo l'ora di applicare le nostre scoperte alla comprensione della fisica fondamentale degli stati accoppiati luce-elettrone."
Questo lavoro rappresenta un importante passo avanti nella risoluzione di un problema precedentemente fastidioso nella trasmissione di informazioni quantistiche che ha applicazioni limitate dei risultati di laboratorio. Inoltre, tale interconversione luce-materia è considerata una delle architetture essenziali per i computer quantistici su larga scala basati su punti quantici semiconduttori. Poiché i risultati dei ricercatori si basano su materiali e procedure comuni nella produzione di semiconduttori, l'implementazione pratica dovrebbe essere semplice.
Ulteriori informazioni: Kazuyuki Kuroyama et al, Interazione coerente di un punto quantico di pochi elettroni con un risonatore ottico Terahertz, Lettere di revisione fisica (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.066901. Su arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2204.10522
Fornito dall'Università di Tokyo
