Ett team vid University of Tsukuba studerade en ny process för att skapa koherenta gittervågor inuti kiselkristaller med hjälp av ultrakorta laserpulser. Med hjälp av teoretiska beräkningar kombinerade med experimentella resultat som erhölls vid University of Pittsburgh, de kunde visa att koherenta vibrationssignaler kunde bibehållas inuti proverna. Denna forskning kan leda till kvantdatorer baserade på befintliga kiselenheter som snabbt kan utföra uppgifter utom räckhåll för även de snabbaste superdatorerna som nu finns tillgängliga.

Från hemdatorer till företagsservrar, datorer är en central del av vår vardag, och deras kraft fortsätter att växa i en häpnadsväckande takt. Dock, Det finns två stora problem på gång för klassiska datorer. Den första är en grundläggande gräns för hur många transistorer vi kan packa in i en enda processor. Så småningom, ett helt nytt tillvägagångssätt kommer att behövas om vi ska fortsätta öka deras bearbetningskapacitet. Det andra är att även de mest kraftfulla datorerna kämpar med vissa viktiga problem, som de kryptografiska algoritmerna som håller ditt kreditkortsnummer säkert på internet, eller optimering av rutter för att leverera paket.

Lösningen på båda problemen kan vara kvantdatorer, som drar fördel av fysikens regler som styr mycket små skalor, som med atomer och elektroner. I kvantregimen, elektroner verkar mer som vågor än biljardbollar, med positioner som är "utsmetade" snarare än bestämda. Dessutom, olika komponenter kan trassla ihop sig, så att egenskaperna hos var och en inte kan beskrivas fullständigt utan hänvisning till den andra. En effektiv kvantdator måste bibehålla koherensen mellan dessa intrasslade tillstånd tillräckligt länge för att utföra beräkningar.

I den aktuella forskningen, ett team vid University of Tsukuba och Hrvoje Petek, RK Mellon ordförande för fysik och astronomi vid University of Pittsburgh använde mycket korta laserpulser för att excitera elektroner inuti en kiselkristall. "Användningen av befintligt kisel för kvantdatorer kommer att göra övergången till kvantdatorer mycket enklare, " förklarar första författaren Dr. Yohei Watanabe. De energiska elektronerna skapade koherenta vibrationer av kiselstrukturen, så att elektronens och kiselatomernas rörelser blev intrasslade. Systemets tillstånd undersöktes sedan efter en variabel fördröjningstid med en andra laserpuls.

Baserat på deras teoretiska modell, forskarna kunde förklara svängningar som observerades i den genererade laddningen som en funktion av fördröjningstiden. "Detta experiment avslöjar de underliggande kvantmekaniska effekterna som styr de koherenta vibrationerna, "säger seniorförfattaren prof. Muneaki Hase, som utförde experimenten. "På det här sättet, projektet representerar ett första steg mot prisvärda kvantdatorer för konsumenter."