Diposting Selasa, 28 September 2010 jam 3:01 pm oleh Gun HS

Pembaca Elektron Tunggal Membuka Jalan Menuju Komputer Kuantum

Suka dengan artikel ini?

Jelajahi artikel-artikel FaktaIlmiah yang berdasarkan apa yang dibaca dan ditonton teman-teman.
Terbitkan aktivitas Anda sendiri dan dapatkan kendali penuh.
Login

Selasa, 28 September 2010 -


Para peneliti dari Universitas New South Wales (Australia), Universitas Melbourne (Australia), dan Universitas Aalto (Finlandia) telah berhasil menunjukkan skema deteksi ketepatan-tinggi untuk keadaan magnetik dari sebuah elektron tunggal, yaitu spin. Hasil penelitian ini baru saja diterbitkan dalam Nature.

Sebuah tim yang dipimpin oleh para insinyur dan fisikawan UNSW telah mengembangkan salah satu blok bangunan kunci yang dibutuhkan untuk membuat komputer kuantum dengan menggunakan silikon: sebuah “pembaca elektron tunggal”.

Ilustrasi artis, atom fosfor (bulatan merah dikelilingi oleh awan elektron biru, dengan spin) digabungkan pada sebuah transistor silikon elektron-tunggal, untuk mencapai pembacaan tembakan-tunggal dari spin elektron fosfor. (Kredit: William Algar Chuklin, College of Fine Arts, UNSW)

Komputer kuantum menjanjikan peningkatan eksponensial dalam kecepatan pemrosesan melebihi komputer saat ini melalui penggunaan “spin”-nya, atau orientasi magnetik, elektron individu untuk mewakili data dalam perhitungannya.

Dalam rangka mempekerjakan spin elektron, komputer kuantum kebutuhan cara untuk mengubah keadaan spin (menulis) dan mengukur perubahan itu (membaca) untuk membentuk suatu qubit – setara dengan bit-bit pada komputer konvensional.

Dalam menciptakan pembaca elektron tunggal, sebuah tim insinyur dan fisikawan yang dipimpin oleh Dr Andrea Morello dan Profesor Andrew Dzurak, dari Sekolah Teknik Elektro dan Telekomunikasi di UNSW, untuk pertama kalinya membuat pengukuran spin dari satu elektron dalam silikon pada percobaan tembakan tunggal. Tim ini juga termasuk para peneliti dari Universitas Melbourne dan Universitas Aalto di Finlandia.

“Perangkat kami mendeteksi keadaan spin sebuah elektron tunggal dalam atom fosfor tunggal yang ditanamkan di dalam blok silikon. Keadaan spin elektron mengontrol aliran elektron dalam sirkuit di dekatnya,” kata Dr Morello, penulis utama makalah pembacaan tembakan-tunggal dari spin elektron dalam silikon.

“Sampai penelitian ini, tidak ada seorang pun yang benar-benar mengukur spin elektron tunggal dalam silikon pada percobaan tembakan-tunggal.”

Dengan menggunakan silikon – bahan dasar komputer konvensional – bukan dari cahaya atau bahan esoteris dan pendekatan yang dikejar oleh peneliti lain, perangkat ini akan membuka jalan untuk membangun sebuah komputer kuantum yang sederhana, terukur dan diterima untuk produksi massal.

Tim ini telah dibangun di tubuh penelitian yang telah menempatkan Australia berada di garis depan dalam persaingan untuk membangun sebuah komputer kuantum bisa bekerja. Pada tahun 1998, Bruce Kane, kemudian di UNSW, diuraikan di Nature tentang konsep untuk komputer kuantum berbasis silikon di mana qubit-nya ditentukan oleh atom fosfor tunggal di dalam sebuah chip silikon ultra-murni. Perangkat terbaru kali ini membawa visinya menjadi lebih dekat.

“Kami berharap komputer kuantum akan dapat melakukan tugas tertentu jauh lebih cepat daripada komputer biasa, seperti pencarian database, pemodelan molekul kompleks atau mengembangkan obat-obat baru,” kata penulis mitra, Prof Andrew Dzurak. “Mereka juga bisa memecahkan bentuk enkripsi yang paling modern.”

“Setelah satu dekade berusaha membangun jenis perangkat qubit atom tunggal, ini adalah saat yang sangat istimewa.”

Sekarang tim ini telah menciptakan pembaca elektron tunggal, mereka bekerja cepat untuk menyelesaikan penulis elektron tunggal dan menggabungkan keduanya. Kemudian mereka akan menggabungkan pasangan perangkat ini untuk menciptakan gerbang 2-bit logic - unit pengolahan dasar dari sebuah komputer kuantum.

Pemindaian elektron mikrograf dari elektroda logam pada oksida silikon. Elektroda terisolasi dari satu sama lain sehingga tidak ada arus listrik yang mengalir melalui mereka. Sebuah ilustrasi skematis telah ditambahkan ke figur yang mewakili lapisan elektron yang menginduksi bawah oksida silikon (sumber dan emigrasi) bersama dengan kuantum yang disebut titik kuantum (SET island) yang bekerja sebagai detektor muatan. Selanjutnya, garis biru putus-putus menunjukkan daerah di mana donor fosfor telah ditempatkan ke dalam silikon dengan momen magnetik elektron terluar yang menunjuk baik atas atau bawah. Energi dari keadaan spin-up adalah lebih tinggi dari energi keadaan spin-down di medan magnet. Dengan mengontrol tegangan pada gerbang penyedot di dekatnya, sistem dapat dibawa menjadi kerja menunjuk di mana elektron spin-up memiliki energi yang cukup untuk masuk terowongan ke muatan detektor tetapi keadaan spin-down dari elektron yang sama tetap terikat pada fosfor. Detektor sangat sensitif terhadap perubahan di keadaan muatan atas fosfor menghasilkan yang saat ini terlihat (ISET) setelah elektron spin-up berpindah. Dengan demikian keadaan spin elektron dapat diukur oleh tembakan tunggal pada setiap waktu yang dipilih.

Qubit menggantikan bit pada komputer kuantum

Qubit merupakan mitra kuantum abstrak dari bit 0 atau 1 klasik di komputer saat ini. Spin sebuah elektron adalah calon yang ideal untuk qubit karena memiliki dua keadaan independen. Perbedaannya dengan bit klasik adalah bahwa qubit secara simultan bisa dalam keadaan 0 dan 1 mengubahnya menjadi lebih umum secara konseptual.

Untuk mencapai komputasi kuantum, orang harus dapat menginisialisasi dan mengukur keadaan qubit, merotasi keadaan qubit-tunggal, dan membuat sebuah operasi tertentu yang melibatkan setidaknya dua qubit yang berdekatan – semua ini dengan ketepatan yang tinggi. Dalam karya ini, yang sekarang dilaporkan di Nature, para peneliti mampu menginisialisasi spin dan mengukurnya dengan ketepatan 92%. Jadi hanya rotasi spin tunggal dan interaksi spin-spin terkendali yang masih tertinggal untuk penelitian di masa depan. Setelah mencapai tujuan-tujuan ini, demonstrasi komputer kuantum berskala besar akan ada di genggaman tangan.

Sumber: physorg.com
Informasi lebih lanjut: Single-shot readout of an electron spin in silicon, Nature advanced online publication, 26 September 2010 DOI:10.1038/nature09392

Gun HS
There's only one thing I figured about myself: Complex
Bergabung dengan 1000 orang lebih dengan kami melalui sosial media

Berlangganan artikel dan berita terbaru dari kami via email


Aktifitas

© 2010 FaktaIlmiah.com. Hak cipta asli oleh faktailmiah
Anda boleh mendistribusikannya dengan mencantumkan referensi dari situs kami.