Komputery kwantowe coraz bliżej

Powstał nowy tranzystor, który potrafi manipulować spinami elektronów -
dzięki czemu może zamykać i otwierać przepływ prądu elektrycznego. Wynalazek jest krokiem ku budowie komputerów kwantowych - urządzeń wielokrotnie szybszych i wydajniejszych niż dzisiejsze.

Obraz
Źródło zdjęć: © SXC.hu

Publikacja naukowców z niemieckiego Uniwersytetu w Ratyzbonie i z Instytutu Fizyki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie na temat osiągnięcia pojawiła się w najnowszym wydaniu prestiżowego tygodnika "Science".

Tranzystory powszechnie stosowane są w urządzeniach codziennego użytku - znajdują się np. w układach scalonych czy procesorach. Mogą kontrolować przepływ ładunków elektrycznych. Miniaturyzacja obwodów funkcjonujących na tej zasadzie jest jednak trudna m. in. z uwagi na wydzielające się ciepło. Szanse na dalszy postęp miniaturyzacji naukowcy upatrują w spintronice - dziedzinie, w której pod uwagę szczególnie bierze się nie ładunek elektryczny, ale inną cechę kwantową: spin elektronu, a więc wewnętrzny moment pędu.

"Spin elektronów może być efektywniej wykorzystany niż ich ładunek elektryczny" - stwierdza w rozmowie z PAP szef polskiego zespołu, prof. Tomasz Wojtowicz z IF PAN.

Jak poinformował IF PAN w przesłanym PAP komunikacie, pamięci spintroniczne nie traciłyby informacji po odłączeniu zasilania, a procesory spintroniczne potrafiłyby fizycznie modyfikować własne obwody, dopasowując swoją strukturę do aktualnych potrzeb. Z kolei umiejętność operowania spinami pojedynczych elektronów otworzyłaby drogę do budowy komputerów kwantowych - urządzeń, które zgodnie z przewidywaniami teoretyków będą realizować pewne klasy algorytmów w nieprawdopodobnie krótkim czasie. Na razie wiadomo, że opracowany przez badaczy tranzystor potrafi manipulować spinami elektronów - dzięki czemu może zamykać i otwierać przepływ prądu elektrycznego.

Nowy, tzw. adiabatyczny tranzystor spinowy ma na razie pewne ograniczenia - działa w temperaturze bliskiej zeru absolutnemu. Jednak ekspert z IF PAN zaznacza, że prototyp powstał nie po to, by zastąpić tradycyjne tranzystory w urządzeniach elektronicznych, jakich dziś używamy. Tranzystor opisany w publikacji w "Science" mógłby za to znaleźć zastosowanie w urządzeniach nowej generacji, a więc np. komputerach kwantowych. Takie zdolne do manipulowania spinami tranzystory mogłyby wchodzić np. w skład procesorów takich niewyobrażalnie szybkich komputerów.

Urządzenie opracowane przez niemiecko-polski zespół nie jest pierwszym w historii spinowym tranzystorem. Pierwszą ideę budowy półprzewodnikowego tranzystora spinowego przedstawiono w 1990 roku, a pomysł udało się sprawdzić doświadczalnie trzy lata temu. Otrzymane sygnały były jednak słabe, a elektrony szybko traciły początkowy kierunek spinu. Urządzenie niemiecko-polskiego zespołu okazało się wydajniejsze.

Realizacja nowej idei była możliwa głównie dzięki przyrządowi półprzewodnikowemu wykonanemu w IF PAN. Jego elementy powstały z tellurku kadmu z dużą domieszką manganu. "W tym doświadczeniu byliśmy dostawcami technologii półprzewodnikowych o wyjątkowych parametrach" - podkreśla prof. Wojtowicz i dodaje, że ruchliwość elektronów w nanostrukturach wytworzonych przez Polaków jest w tej grupie układów największa na świecie. "To efekt siedmiu lat intensywnej pracy nad obecnymi materiałami i niemal 2. lat naszych doświadczeń nad technologiami epitaksji z wiązek molekularnych, które rozwijamy wraz z profesorami Grzegorzem Karczewskim i Jackiem Kossutem w Środowiskowym Laboratorium Fizyki i Wzrostu Kryształów Niskowymiarowych IF PAN" - dodaje prof. Wojtowicz.

Idea adiabatycznego tranzystora spinowego w przyszłości będzie mogła być zrealizowana także za pomocą materiałów zbudowanych z innych pierwiastków niż kadm i tellur. Nowe tranzystory i urządzenia mogłyby wtedy działać także w temperaturze pokojowej, co byłoby kolejnym krokiem na drodze do zastosowań spintroniki.

Unikatowe struktury półprzewodnikowe w IF PAN powstały w ramach projektu "Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie" realizowanego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka.

Ludwika Tomala

Źródło artykułu:
Wybrane dla Ciebie
Najstarsza "chłodnia" świata. Ma ponad 1400 lat
Najstarsza "chłodnia" świata. Ma ponad 1400 lat
Gigant opuszcza Polskę. Miał u nas ważną misję
Gigant opuszcza Polskę. Miał u nas ważną misję
Polacy przyjrzeli się wojnie. Kopiują rozwiązanie z Ukrainy
Polacy przyjrzeli się wojnie. Kopiują rozwiązanie z Ukrainy
"Klucz do sukcesu". Według Ukraińca znajduje się w powietrzu
"Klucz do sukcesu". Według Ukraińca znajduje się w powietrzu
Ta planeta nie ma sensu. Astronomowie mają pewne podejrzenia
Ta planeta nie ma sensu. Astronomowie mają pewne podejrzenia
Transformacja Luftwaffe. Tylko dwa typy samolotów bojowych
Transformacja Luftwaffe. Tylko dwa typy samolotów bojowych
Ukraiński pilot: Apache to "najdroższa zabawka". Jest jedno "ale"
Ukraiński pilot: Apache to "najdroższa zabawka". Jest jedno "ale"
CF-18 w Estonii. Ćwiczą działanie będące normą podczas zimnej wojny
CF-18 w Estonii. Ćwiczą działanie będące normą podczas zimnej wojny
Zaskakująca propozycja Ukrainy. Mają oferta dla USA
Zaskakująca propozycja Ukrainy. Mają oferta dla USA
Zdumiewające odkrycie. Woda na Ziemi może być starsza od Słońca
Zdumiewające odkrycie. Woda na Ziemi może być starsza od Słońca
Ukraińcy są pewni. Tylko dzięki temu Kreml pozostaje zdolny do wojny
Ukraińcy są pewni. Tylko dzięki temu Kreml pozostaje zdolny do wojny
Ślad ciemnej materii? Tajemnicze promieniowanie gamma w Drodze Mlecznej
Ślad ciemnej materii? Tajemnicze promieniowanie gamma w Drodze Mlecznej