I kapplöpningen om att producera en kvantdator, ett antal projekt letar efter ett sätt att skapa kvantbitar – eller qubits – som är stabila, vilket innebär att de inte påverkas mycket av förändringar i sin miljö. Detta kräver normalt mycket icke-linjära icke-dissipativa element som kan fungera vid mycket låga temperaturer.

I strävan efter detta mål, forskare vid EPFL:s Laboratory of Photonics and Quantum Measurements LPQM (STI/SB), har undersökt en ickelinjär grafenbaserad kvantkondensator, kompatibel med kryogena förhållanden i supraledande kretsar, och baserat på tvådimensionella (2D) material. När den är ansluten till en krets, denna kondensator har potential att producera stabila qubits och erbjuder även andra fördelar, som att vara relativt lättare att tillverka än många andra kända icke-linjära kryogena enheter, och är mycket mindre känslig för elektromagnetiska störningar. Denna forskning publicerades i 2D-material och applikationer .

Normala digitala datorer arbetar på basis av en binär kod som består av bitar med ett värde på antingen 0 eller 1. I kvantdatorer, bitarna ersätts av qubits, som kan vara i två tillstånd samtidigt, med godtycklig överlagring. Detta ökar avsevärt deras beräknings- och lagringskapacitet för vissa klasser av applikationer. Men att göra qubits är ingen enkel bedrift:kvantfenomen kräver mycket kontrollerade förhållanden, inklusive mycket låga temperaturer.

För att producera stabila qubits, ett lovande tillvägagångssätt är att använda supraledande kretsar, varav de flesta fungerar på basis av Josephson-effekten. Tyvärr, de är svåra att tillverka och känsliga för störande magnetiska fält. Detta innebär att den ultimata kretsen måste vara extremt väl skärmad både termiskt och elektromagnetiskt, vilket utesluter kompakt integration.

På EPFL:s LPQM, denna idé om en kondensator som är lätt att göra, mindre skrymmande och mindre benägna att störa har undersökts. Den består av isolerande bornitrid inklämd mellan två grafenark. Tack vare denna sandwichstruktur och grafens ovanliga egenskaper, den inkommande laddningen är inte proportionell mot den spänning som genereras. Denna olinjäritet är ett nödvändigt steg i processen att generera kvantbitar. Denna enhet kan avsevärt förbättra hur kvantinformation bearbetas, men det finns också andra potentiella tillämpningar. Det kan användas för att skapa mycket olinjära högfrekvenskretsar – ända upp till terahertz-regimen – eller för mixers, förstärkare, och ultrastark koppling mellan fotoner.