Forskning som leds av University of Adelaide har flyttat världen ett steg närmare tillförlitlig, högpresterande kvantberäkning.

Ett internationellt team har utvecklat en banbrytande en-elektron "pump". Elektronpumpenheten som utvecklats av forskarna kan producera en miljard elektroner per sekund och använder kvantmekanik för att styra dem en efter en. Och det är så exakt att de har kunnat använda den här enheten för att mäta begränsningarna för nuvarande elektronikutrustning.

Detta banar väg för framtida applikationer för kvantinformationsbehandling, inklusive till försvar, cybersäkerhet och kryptering, och big data -analys.

"Denna forskning ger oss ett steg närmare den heliga gralen - pålitlig, högpresterande kvantberäkning, "säger projektledaren Dr. Giuseppe C. Tettamanzi, Senior forskare, vid University of Adelaides Institute for Photonics and Advanced Sensing.

Publicerad i tidskriften Nano bokstäver , forskarna rapporterar också observationer av elektronbeteende som aldrig har setts tidigare - en nyckelfynd för dem runt om i världen som arbetar med kvantberäkning.

"Quantum computing, eller mer allmänt kvantinformationsbehandling, tillåter oss att lösa problem som bara inte är möjliga under klassiska datorsystem, "säger Dr Tettamanzi.

"Den fungerar i en skala som är nära en atom och, i denna skala, normal fysik går ut genom fönstret och kvantmekanik spelar in.

"För att ange dess potentiella beräkningskraft, konventionell datorbearbetning fungerar på instruktioner och data skrivna i en serie med 1:or och 0:or - tänk på det som en serie på och av -omkopplare; i kvantberäkning är alla möjliga värden mellan 0 och 1 tillgängliga. Vi kan sedan exponentiellt öka antalet beräkningar som kan göras samtidigt. "

Detta University of Adelaide -team, i samarbete med University of Cambridge, Aalto -universitetet i Finland, University of New South Wales, och Lettlands universitet, arbetar inom ett växande område som kallas elektronkvantoptik. Detta innebär kontrollerad förberedelse, manipulation och mätning av enstaka elektroner. Även om en stor mängd arbete har ägnats över hela världen för att förstå elektronisk kvanttransport, mycket återstår att förstå och uppnå.

"Att uppnå full kontroll över elektroner i dessa nanosystem kommer att vara mycket fördelaktigt för realistiskt genomförande av en skalbar kvantdator. Vi, självklart, har kontrollerat elektroner under de senaste 150 åren, ända sedan el upptäcktes. Men, i denna lilla skala, de gamla fysikreglerna kan slängas ut, "säger Dr Tettamanzi.

"Vårt slutmål är att tillhandahålla ett elektronflöde som är pålitligt, kontinuerlig och konsekvent - och i denna forskning, vi har lyckats ta ett stort steg mot realistisk kvantberäkning.

"Och, kanske lika spännande, längs vägen har vi upptäckt nya kvanteffekter som aldrig har observerats tidigare, var, vid specifika frekvenser, det finns konkurrens mellan olika tillstånd om fångst av samma elektroner. Denna observation kommer att hjälpa framsteg inom detta spelomfattande område. "