(PhysOrg.com) -- Den gåtfulla kvantpunkten är den grundläggande byggstenen för kvantdatorer. EPFL-fysiker har utvecklat en ny teori som visar att punktsymmetri är tillräckligt för att stå för de flesta av deras spännande optiska egenskaper.

Fysiker har skapat en pyramidformad prick som bara är 100 nanometer hög, cirka 200 atomer på en sida. Genom att lägga spänning på denna miniatyrstruktur, forskarna har skapat en enhet som kan avge ljus, som sedan skulle kunna användas i framtida komponenter i kvantdatorer. Men vägen till denna nya typ av datoranvändning är fortfarande lång, särskilt eftersom bestämning av de optiska egenskaperna hos dessa kvantpunkter är en komplicerad och beräkningsintensiv strävan. Marc-André Dupertuis och hans team från EPFL:s Laboratory of Physics of Nanostructures har föreslagit, och observationsverifierad, en ny fysikalisk teori som inte bara minskar tiden som behövs för att utföra dessa beräkningar, men också, och över allt, låter oss helt enkelt bättre förstå naturen hos dessa konstiga föremål.

När elektriska laddningar injiceras i kvantprickar, de börjar vibrera. Detta är vad fysiker kallar vågfunktionen, som i det här fallet vibrerar lite som huvudet på en trumma. Man skulle kunna tro att simulering av dessa vibrationer skulle vara extremt komplex, men Dupertuis insåg att vågens beteende, och därmed ljuset som sänds ut av kvantpunkten, skulle kunna bestämmas tillräckligt genom symmetri. På grund av detta, beräkningen skulle kunna förenklas med hjälp av ett välbekant matematiskt verktyg som kallas gruppteori.

Bättre förståelse på baksidan av en servett

Styrkan med detta tillvägagångssätt är dess relativa enkelhet. Fysikerna kan härleda de optiska egenskaperna hos kvantpunkter baserat på symmetrier som de misstänker finns där, och verifiera sedan närvaron av symmetrierna experimentellt. "Beräkningar som hittills krävt superdatorer kan nu ersättas av andra beräkningar som kan göras på baksidan av en servett, säger Dupertuis.

Dupertuis var tvungen att övervinna en allvarlig svårighet för att komma med teorin – han var tvungen att kunna förenkla den tillräckligt, samtidigt som man fortfarande tar hänsyn till de märkliga egenskaperna som styr kvantvärlden. Föreställ dig en tårta skuren i symmetriska skivor, men vars kanter inte alla ser likadana ut; du måste ordna skivorna i en specifik ordning för att sätta ihop kakan igen. Det här är den typen av matematisk och kvantutmaning som fysikern tar sig an.

Ett lovande framsteg

Bortsett från detta hinder, metoden är mycket lovande. "Med beprövade observationsmetoder, vi kan exakt härleda kvantpunktens exakta symmetri, såväl som egenskaperna hos den elektriska laddningen den innehåller och till och med vilken typ av fotoner den kommer att avge.” Denna information kommer att vara användbar för att designa nya enheter som skulle kunna användas i kvantdatorer.