Framtiden för kvantberäkning är ett hett ämne inte bara för experter utan även inom många kommersiella och statliga myndigheter. Istället för att bearbeta och lagra information som bitar i transistorer eller minne, som begränsar informationen till den binära "1" eller "0, "kvantdatorer skulle istället använda kvantsystem, som atomer, joner, eller elektroner, som "qubits" för att bearbeta och lagra "kvantinformation" i, som kan vara i ett oändligt antal kombinationer av "1 och 0". Stora teknikföretag, som Google, Microsoft, Intel, och IBM investerar mycket i relaterade projekt som kan leda till att förverkliga kvantdatorn och teknologierna. På samma gång, universitet och forskningsinstitut runt om i världen forskar på nya kvantsystem, kan användas för kvantberäkning. Quantum Dynamics Unit vid Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), har nyligen gjort nya fynd om elektroner som flyter på ytan av flytande helium, ett kvantsystem som kan vara en ny kandidat för kvantberäkning till verklighet. Dessa resultat publicerades i Fysisk granskning B .

Ett av de vanliga problemen inom kvantberäkningsforskning med fasta ämnen är att det är mycket svårt att göra helt identiska qubits eftersom inneboende defekter eller föroreningar i materialen som används slumpmässigt påverkar varje enskild qubits prestanda. "Vår motivation för att sträva efter ett flytande heliumsystem är att det är i sig rent och fritt från defekter, vilket teoretiskt tillåter skapandet av helt identiska qubits. Dessutom, vi kan flytta elektroner i detta flytande heliumsystem, vilket är svårt eller nästan omöjligt i andra kvantsystem, " förklarade Prof. Denis Konstantinov, chef för Quantum Dynamics Unit. Därför, man tror att antagandet av detta system för kvantberäkning kan ta hela fältet till nästa nivå.

Att använda elektroner på en flytande heliumyta för kvantberäkning kräver att enskilda elektroner isoleras på en heliumyta och kontrollera deras kvantfrihetsgrader, antingen rörelse eller snurr. Det kan också kräva förflyttning av elektroner till olika platser, därför är det också viktigt att förstå fysiken i samspelet mellan elektroner och heliumytan. Det har tidigare upptäckts att elektroner på helium kan bilda en tvådimensionell kristall, och några unika fenomen uppstår när denna kristall rör sig längs heliumytan, på grund av interaktionen mellan elektroner och ytvågor. OIST-forskarna, dock, är de första som undersöker hur dessa fenomen beror på storleken på elektronkristallen. För att testa detta, Dr Alexander Badrutdinov, Dr Oleksandr Smorodin och OIST doktorand Jui-Yin Lin, byggde en mikroskopisk kanalanordning som innehöll en elektronfälla för att isolera en kristall av ett relativt litet antal elektroner. Denna kristall skulle sedan flyttas över den flytande heliumytan genom att ändra den elektrostatiska potentialen hos en av anordningens elektroder. Denna rörelse skulle detekteras genom att mäta bildladdningar, som induceras av de rörliga elektronerna, flödar genom en annan elektrod med hjälp av en kommersiellt tillgänglig strömförstärkare och inlåsningsdetektor.

"Denna forskning gav oss några insikter i fysiken av interaktionen mellan elektroner och heliumytan, samt utökade vår mikrotekniska kapacitet", säger Dr. Alexander Badrutdinov, en tidigare medlem av Quantum Dynamics Unit och den första författaren till tidningen. "Vi har framgångsrikt antagit en teknik för att begränsa elektroner i mikroskopiska enheter, på en skala av några mikron. Med denna teknologi studerade vi rörelsen av mikroskopiska tvådimensionella elektronkristaller längs en flytande heliumyta och såg ingen skillnad mellan rörelsen hos stora elektronkristaller, på skalan från miljoner till miljarder elektroner, och kristaller så små som några tusentals elektroner, när teoretiskt, skillnader borde finnas."

Denna forskning är det första steget på OIST i möjligheten att använda detta system för kvantberäkning. Enligt Konstantinov, "Nästa steg i denna forskning är att isolera en ännu mindre elektronkristall, och slutligen, en enda elektron, och att flytta dem i detta system. Till skillnad från andra system, detta system har potential att bli en ren, skalbart system med mobila qubits." I teorin, denna typ av system skulle ha potential att revolutionera kvantberäkningsforskningsområdet.