Τα “εκπαιδευμένα” ηλεκτρόνια στο δρόμο για τους κβαντικούς υπολογιστές

Author: Χωρίς σχόλια Share:

Οι κβαντικοί υπολογιστές έχουν τις δυνατότητες να αλλάξουν εντελώς την τεχνολογία της πληροφορίας όπως την ξέρουμε, και μια νέα ανακάλυψη μας φέρνει ακόμα πιο κοντά σ’αυτό.

Μια διεθνής ερευνητική ομάδα μπόρεσε να αλλάξει την περιστροφή (spin) των ηλεκτρονίων από μια διεγερμένη κατάσταση σε χαλαρή κατάσταση χρησιμοποιώντας μικροκύματα. Με το να επιστρέφουν στην χαλαρή τους κατάσταση (ground state), τα ηλεκτρόνια απελευθερώνουν ενέργεια με τη μορφή ενός μικροκυματικού φωτονίου. Η έρευνα, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature, μπορεί να έχει σημαντικές συνέπειες για την δημιουργία των κβαντικών υπολογιστών.

Τα στοιχειώδη σωματίδια έχουν μία ιδιότητα που αποκαλείται περιστροφή. Τα μαθηματικά που περιγράφουν αυτή την ιδιότητα κάνουν το ηλεκτρόνιο να μοιάζει σαν να περιστρέφεται γύρω από τον εαυτό του, εξ’ου και το όνομα. Αν η περιστροφή ενός ηλεκτρονίου διεγερθεί, παίρνει περίπου 10.000 χρόνια για να επιστρέψει με φυσικό τρόπο στην χαλαρή του κατάσταση. Αυτό είναι γνωστο σαν το φαινόμενο Purcell. Όμως η ομάδα μπόρεσε να “εκβιάσει” αυτή την αλλαγή κατά βούληση.

Στους κλασικούς υπολογιστές, η πληροφορία αποθηκεύεται σε μικρά κομματάκια που αποκαλούνται bits, τα οποία είναι ή 0 ή 1, ενώ στους κβαντικούς υπολογιστές τα bits είναι κβαντικά (qubits) και μπορούν να είναι 0 ή 1 ή 0 και 1 ταυτόχρονα. Η περιστροφή των ηλεκτρονίων είναι ιδανικός υποψήφιος για τα qubits, και αυτή η νέα μελέτη δείχνει ότι η πληροφορία μπορεί να μεταφερθεί από τα ηλεκτρόνια χρησιμοποιώντας φωτόνια. Ένα μεγάλο σύστημα από συνδέσεις ηλεκτρονίων-φωτονίων θα επέτρεπε για ταχύτερους και πιο δυνατούς υπολογισμούς.

Η ομάδα είχε ένα μικρό δείγμα από καθαρό πυρίτιο, στο οποίο εμφυτεύτηκε ένα μάτριξ από άτομα βισμουθίου και ένα υπεραγώγιμο κύκλωμα αλουμινίου. Οι επιστήμονες στη συνέχεια εξανάγκασαν τα ηλεκτρόνια στα άτομα βισμουθίου να “γυρίσουν” στη διεγερμένη κατάσταση. Μετά από αυτό, το κύκλωμα αλουμινίου χρησιμοποιήθηκε για να ρυθμίσει τα μικροκύματα και να εξαναγκάσει εκ νέου τα ηλεκτρόνια να “γυρίσουν” πίσω στη χαλαρή τους κατάσταση.

Τα αποτελέσματα μας είναι ιδιαίτερα σημαντικά για την κβαντική επεξεργασία πληροφορίας,” δήλωσε ο Patrice Bertet, ένας κβαντικός ηλεκτρονικός επιστήμονας στην Γαλλική Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας (CEA), που ηγήθηκε του πειράματος. “Όντως αυτό ήταν το πρώτο βήμα για το ισχυρό ζευγάρωμα της περιστροφής ενός ηλεκτρονίου με ένα μικροκυματικό φωτόνιο, κάτι που μπορεί να διαμορφώσει τη βάση μιας νέας υπολογιστικής αρχιτεκτονικής βασισμένης στην περιστροφή του ηλεκτρονίου.”

Ο δρόμος για ένα λειτουργικό και αποτελεσματικό κβαντικό υπολογιστή είναι ακόμα μακρύς, όμως οι νέες ανακαλύψεις που έχουμε δει τα τελευταία χρόνια μας δείχνουν ότι βαδίζουμε στο σωστό δρόμο για να το καταφέρουμε.

 

Photo credit: Scientists now can flip the the spin of an electron on command. welcomia/shutterstock
Previous Article

Η Κίνα ανακοίνωσε τρία νέα projects σχετικά με τα βαρυτικά κύματα

Next Article

Οι αρχαίοι Βαβυλώνιοι χρησιμοποιούσαν τη Γεωμετρία για να εντοπίσουν τον Δία πριν από χιλιάδες χρόνια

Διαβάστε επίσης: