Transportasi Kuantum Menjadi Balistik

Ilmuwan IBM Johannes Gooth berfokus pada elektronika skala nano dan kuantum fisika.

Diterbitkan hari ini di jurnal peer-review Nano Letters, ilmuwan IBM telah menembakkan elektron melalui kawat nano semikonduktor III-V yang terintegrasi pada silikon untuk pertama kalinya. Pencapaian ini akan menjadi dasar bagi perangkat kawat kuantum canggih untuk sirkuit terintegrasi masa depan yang digunakan dalam sistem komputasi canggih yang canggih.

Ilmuwan IBM dan penulis utama makalah Dr. Johannes Gooth menjelaskan makalah ini dalam Tanya Jawab ini.

Judul makalah Anda adalah Interkoneksi lintas-sambung kawat nano InAs satu dimensi balistik. Saat saya membaca “balistik”, rudal yang agak besar muncul di benak, tetapi di sini Anda melakukannya dalam skala nano. Bisakah Anda berbicara tentang tantangan yang ada?

Johannes Gooth (JG): Ya, ini sangat mirip, tetapi tentu saja dalam skala yang jauh berbeda. Elektron ditembakkan dari satu elektroda kontak dan terbang melalui kawat nano tanpa tersebar sampai mereka mengenai elektroda lawan. Kawat nano bertindak sebagai pemandu sempurna untuk elektron, sehingga informasi kuantum lengkap dari elektron ini  (energi, momentum, putaran) dapat ditransfer tanpa kehilangan.

Kita sekarang dapat melakukan ini di persimpangan silang, yang memungkinkan kita membangun jaringan pipa elektron, di mana informasi kuantum dapat ditransmisikan dengan sempurna. Tantangannya adalah membuat material yang terdefinisi dengan sangat baik secara geometris tanpa penghambur di dalam pada skala nano. Proses epitaksi selektif atau TASE berbantuan template, yang dikembangkan di sini di IBM Zurich Lab oleh rekan-rekan saya, memungkinkan hal ini untuk pertama kalinya.

Bagaimana penelitian ini dibandingkan dengan kegiatan lain yang sedang berlangsung di tempat lain?

JG: Yang terpenting, dibandingkan dengan aplikasi kuantum optik dan superkonduktor, teknik ini dapat diskalakan dan kompatibel dengan proses elektronik dan CMOS standar.

Peran apa yang Anda lihat untuk transportasi kuantum saat kami ingin membangun komputer kuantum universal?

JG: Saya melihat transportasi kuantum sebagai bagian penting. Jika Anda ingin menggunakan kekuatan penuh dari teknologi informasi kuantum, Anda perlu menghubungkan semuanya balistik:sistem kuantum yang sepenuhnya terhubung secara balistik (kuantum) memiliki ruang keadaan komputasi yang lebih besar secara eksponensial dibandingkan dengan sistem yang terhubung secara klasik.

Juga, seperti yang dinyatakan di atas, elektronik dapat diskalakan. Selain itu, menggabungkan struktur nanowire kami dengan superkonduktor memungkinkan komputasi kuantum yang dilindungi topologi, yang memungkinkan komputasi yang toleran terhadap kesalahan. Ini adalah keuntungan utama dibandingkan dengan teknik lain.

Seberapa mudah ini dapat dibuat menggunakan proses yang ada dan apa langkah selanjutnya?

JG: Ini adalah keuntungan utama dari teknik kami karena perangkat kami sepenuhnya terintegrasi ke dalam proses dan teknologi CMOS yang ada.

Apa penelitian Anda selanjutnya?

JG: Langkah selanjutnya adalah fungsionalisasi salib, dengan cara melampirkan bagian komputasi kuantum elektronik. Kami akan mulai membuat perangkat hibrid superkonduktor/nanowire untuk kepang Majorana, dan memasang titik kuantum.

Komputer kuantum universal kami datang.