Tohoku Üniversitesi araştırmacıları, Ulusal Malzeme Bilimi Enstitüsü (NIMS) ve Tokyo Üniversitesi ile iş birliği yaparak, çinko oksit (ZnO) kullanarak yarı iletken kuantum bilgisayarlara ulaşmak için önemli bir adım attı. Araştırmacılar, ZnO aygıtında yük algılama, yüksek frekanslı reflektometri ve az sayılı elektronlu çift kuantum noktasının oluşturulmasını başarıyla gösterdi. Bu üçü, spin kübitlerin geliştirilmesi ve değerlendirilmesi için kritik teknolojidir. Çalışma, Physical Review Applied dergisinde yayımlandı.
Yarı iletken kuantum noktaları, ölçeklenebilir kuantum bilgisayarlar için umut verici yapı taşlarıdır çünkü bireysel elektronları hapsedebilir ve kuantum bilgisini saklamak için bu elektronların spinlerini kullanabilir. Silikon ve galyum arsenür bu amaç için kapsamlı şekilde incelendi; oysa ZnO, düşük nükleer spin ortamı ve olası optik eşleşme için doğrudan bant aralığı gibi cazip özellikleriyle alternatif bir malzeme olarak öne çıktı.
Zinc oksitte hızlı yük algılama
Buna rağmen, ZnO kuantum noktalarındaki elektronların yük durumunu hızlı ve doğru şekilde algılamak uzun süredir bir zorluk olarak kaldı. Bu sorunu çözmek için araştırmacılar, iki hedef kuantum noktası (QD1 ve QD2) ile yanında hassas bir elektrometre olarak görev yapan bir algılayıcı kuantum noktası (SQD) içeren bir ZnO aygıtı üretti. Algılayıcıyı bir radyo-frekans rezonans devresiyle entegre ederek yüksek frekanslı reflektometri sağladılar ve bu da elektron yükündeki değişimlerin çok daha hızlı şekilde algılanmasını mümkün kıldı.
Kuantum hesaplamalar için kuantum durumlarının hızlı okunmasını sağlayan teknolojiler esastır. Zinc oksitte yüksek frekanslı reflektometriyi göstererek, bu benzersiz malzemedeki kuantum durumlarının hızlı değerlendirilmesi için önemli bir ölçüm tekniği yerleştirdik.
Tomohiro Otsuka, Tohoku Üniversitesi İleri Malzeme Bilimi Enstitüsü (WPI-AIMR) Doçenti
Elektron spinlerini araştırmak için bir platform
Entegre aygıtı kullanan araştırmacılar, ayrıca bireysel elektronları hapsedti ve az sayılı elektronlu çift kuantum noktasının oluşumunu doğruladı. Bu yapılandırma, spin kübitleri araştırmak ve işletmek için önemli bir temeldir.
Bu başarı, zinc oksit kuantum aygıtları için kritik bir deneyel açığı kapatıyor. Artık, spin gevşemesi ve tutarlılık süreleri dahil olmak üzere temel spin özelliklerini araştırmamızı sağlayacak, bizi yeni yarı iletken malzemelere dayalı yüksek performanslı kuantum aygıtlarını gerçekleştirmeye daha da yaklaştıracak bir yüksek hızlı ölçüm platformuna sahibiz.
Tomohiro Otsuka
Araştırmacılar, bu yüksek hızlı ölçüm platformunu kullanarak ZnO kuantum aygıtlarının temel fiziksel özelliklerini araştıracak ve spin kübit temelli kuantum hesaplamaya giden yolu daha da ilerletecektir.
Araştırma, Kosuke Noro ve arkadaşları tarafından “Charge sensing of few-electron ZnO double quantum dots probed by radio-frequency reflectometry” başlığıyla Physical Review Applied dergisinde yayımlandı. Çalışmanın tam metni arXiv üzerinden erişilebilir.
İlk yorumu siz yazın
Fikrinizi bir kaynak, soru veya yapıcı karşı görüşle geliştirin.