單電子「泵」使我們向實現量子計算邁進了一大步

阿德萊德大學主導的研究使世界向可靠、高性能的量子計算邁進了一步。

一個國際團隊開發了一種突破性的單電子「泵」。研究人員們開發的電子泵裝置每秒可產生10億個電子，並使用量子力學逐個控制它們。而且控制得非常精確，以至於他們能夠使用該設備來測量當前電子設備的局限性。

這為未來的量子信息處理應用鋪平了道路，包括國防，網路安全和加密以及大數據分析。

「這項研究使我們更接近可靠、高性能的量子計算，」該項目的負責人，阿德萊德大學光子學和高級感測研究所高級研究員Giuseppe C. Tettamanzi博士說。

團隊通過將量子點耦合到多個寄生狀態而操作硅中的混合電子泵，並實現高達幾千兆赫茲的穩健電流量化。（ACS）

研究結果發表在雜誌Nano Letters（Gigahertz Single-Electron Pumping Mediated by Parasitic States）上，研究人員還報道了所觀察到的以前從未見過的電子行為- 這是世界各地從事量子計算研究的關鍵發現。

「量子計算、或更廣泛的量子信息處理，將使我們能夠解決在經典計算系統下無法實現的問題，」Tettamanzi博士說。

「它在接近原子尺度下運行，在這種尺度下，普通的物理現象會消失，量子力學開始發揮作用。」

「為了表明其潛在的計算能力，傳統計算適用於以1和0系列寫入的指令和數據 – 可將其視為一系列開關；在量子計算中，每個在0和1之間的可能的值是可用的。 然後，我們可以指數增加可以同時進行的計算個數。」

阿德萊德大學團隊與劍橋大學、芬蘭阿爾託大學、新南威爾士大學和拉脫維亞大學合作，正在開展一個名為電子量子光學的新興領域。這涉及單個電子的受控制備、操作和測量。 儘管在全世界範圍內已經投入了大量的工作來理解電子的量子傳輸，但仍有許多工作要理解和實現。

「在這些納米系統中實現對電子的完全控制將對可擴展量子計算機的實際實現非常有益。 當然，自從電子被發現以來，我們在過去的150年里一直在控制電子。但是，在這種小尺寸的情況下，舊的物理規則可能被拋棄，「Tettamanzi博士說。

我們的最終目標是提供可靠，連續和一致的電子流 - 在本研究中，我們已經成功向現實的量子計算邁出一大步。

「而且，也許同樣令人興奮的是，在我們發現以前從未觀察到的新量子效應的過程中，在特定頻率下，在不同狀態之間相同電子存在著捕獲競爭。這一觀察發現將有助於推動這個改變遊戲規則的領域。」

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！