Ny forskning ger ett nytt grepp om att använda nanoskala halvledarstrukturer för att bygga snabbare datorer och elektronik. Bokstavligen.

University of Pittsburgh och Delft University of Technology forskare avslöjar i onlinenumret den 17 februari av Naturens nanoteknik en ny metod som bättre bevarar de enheter som behövs för att driva blixtsnabb elektronik, känd som qubits (uttalas CUE-bitar). Hål snurrar, snarare än elektronsnurr, kan hålla kvantbitar i samma fysiska tillstånd upp till 10 gånger längre än tidigare, konstaterar rapporten.

"Tidigare, vår grupp och andra har använt elektronsnurr, men problemet var att de interagerade med spinn av kärnor, och därför var det svårt att bevara inriktningen och kontrollen av elektronsnurr, sa Sergey Frolov, biträdande professor vid institutionen för fysik och astronomi vid Pitts Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences, som gjorde arbetet som postdoktor vid Delft University of Technology i Nederländerna.

Medan normala beräkningsbitar har matematiska värden på noll eller ett, kvantbitar lever i en disig överlagring av båda tillstånden. Det är denna kvalitet, sa Frolov, vilket gör att de kan utföra flera beräkningar samtidigt, erbjuder exponentiell hastighet jämfört med klassiska datorer. Dock, Att upprätthålla qubitens tillstånd tillräckligt länge för att utföra beräkning är fortfarande en långvarig utmaning för fysiker.

"För att skapa en livskraftig kvantdator, demonstrationen av långlivade kvantbitar, eller qubits, är nödvändigt, sade Frolov. Med vårt arbete, vi har kommit ett steg närmare."

Hålen i hålet snurrar, Frolov förklarade, är bokstavligen tomma utrymmen kvar när elektroner tas ut. Använder extremt tunna filament som kallas InSb (indiumantimonid) nanotrådar, forskarna skapade en transistorliknande enhet som kunde omvandla elektronerna till hål. De placerade sedan exakt ett hål i en låda i nanoskala som kallas "en kvantpunkt" och kontrollerade hålets spinn med hjälp av elektriska fält. Detta tillvägagångssätt - med nanoskala och en högre täthet av enheter på ett elektroniskt chip - är mycket mer fördelaktigt än magnetisk kontroll, som vanligtvis har varit anställd fram till nu, sa Frolov.

"Vår forskning visar att hål, eller tomma utrymmen, kan göra bättre spin-qubits än elektroner för framtida kvantdatorer."

"Spins är de minsta magneterna i vårt universum. Vår vision för en kvantdator är att koppla samman tusentals snurr, och nu vet vi hur man styr ett enda snurr, sade Frolov. I framtiden, vi skulle vilja skala upp det här konceptet till att inkludera flera qubits."