Поскольку электроны такие маленькие, они обычно слабо взаимодействуют с электрическими сигналами. Новое устройство, однако, дает электрону больше времени для взаимодействия, и именно эта установка позволяет построить кубит, квантовый вычислительный эквивалент бита.
Квантовые компьютеры могут предоставить необходимую вычислительную мощность для моделирования чрезвычайно больших и сложных ситуаций в физике, биологии, погодных системах и многих других.В то время как изолированные электроны в вакууме могут почти идеально хранить квантовую информацию, в реальных материалах движение окружающих атомов мешает им, что в конечном итоге приводит к потере информации.
Эта работа является шагом на пути к реализации изолированных, захваченных одиночных электронов за счет использования уникальной взаимосвязи, существующей между электронами и сверхтекучим гелием. Электроны будут левитировать над поверхностью гелия, примерно в 10 нанометрах от нас, нечувствительными к колебаниям атомов внизу. Хотя этот эффект был известен, удерживание их в структуре сверхпроводящего устройства не было продемонстрировано до этой работы.
В основе этой новой технологии лежит резонатор, основанный на архитектуре схемной квантовой электродинамики (cQED), который обеспечивает захват электронов над гелием и обнаружение спинов электронов. Поскольку электроны такие маленькие, они обычно очень слабо взаимодействуют с электрическими сигналами. Однако в резонаторе сигнал отскакивает назад и вперед более 10 000 раз, давая электрону больше времени для взаимодействия.
Именно такая установка позволяет строить кубит, сохраняя при этом квантовую когерентность. Исследователи из Чикагского университета измерили микроволновые фотоны, выходящие из резонатора, когда электроны медленно утекали из ловушки, с целью измерения отдельных электронов. Специализированное устройство было разработано и построено в сотрудничестве с учеными в области нанотехнологий в Центре наноразмерных материалов.
В первоначальных экспериментах было задействовано около 100 000 электронов — слишком много для квантово-механического контроля, — но текущие эксперименты уменьшают их количество. Цель состоит в том, чтобы поймать один электрон, поведение которого можно анализировать и контролировать для использования в качестве квантового бита.