Atomtronischer Transistor und Diode könnten das Quantencomputing vorantreiben

Atomtronischer Transistor und Diode könnten das Quantencomputing vorantreiben
Anonim

Von Miranda Marquit,

- Was wäre, wenn Atome verwendet werden könnten, um die Funktionen auszuführen, die derzeit in der Provinz der elektronischen Geräte üblich sind? Das Ziel der Atomtronik ist es, genau dies zu erreichen, indem Analogien zu den in elektronischen Geräten üblichen Elementen geschaffen werden. Ron Pepino, Doktorand an der JILA und der University of Colorado, glaubt, dass er und seine Kollegen einen Weg gefunden haben, die atomtronischen Versionen von Dioden- und Transistorschaltungen zu entwickeln. Die Arbeit von Pepino, Cooper, Anderson und Holland wird in Physical Review Letters : "Atomtronic Circuits of Diodes and Transistors" beschrieben.

„In unserer Arbeit erstellen wir eine Eins-zu-Eins-Analogie zwischen herkömmlichen elektronischen Schaltkreisen und Atomen, die in optischen Gittern gefangen sind“, erklärt Pepino gegenüber PhysOrg.com . „In dieser Analogie werden die Stromträger - die Elektronen - durch neutrale, ultrakalte Atome ersetzt, das Halbleitermaterial, das die Elektronen durchqueren, durch ein optisches Gitter und die elektrische Potentialdifferenz, die den Elektronenfluss induziert der Stromkreis - wird durch eine chemische Potentialdifferenz ersetzt “

„Die Dynamik von Atomen in optischen Gittern, die im Grunde genommen Lichtkristalle sind, wird seit vielen Jahren sowohl theoretisch als auch experimentell untersucht. Wir ergänzen dieses Feld, indem wir theoretisch nachweisen, dass die elektronischen Eigenschaften von Diode und Transistor in speziell zugeschnittenen optischen Gittern beobachtet werden können “, fährt Pepino fort.

Das Team von JILA glaubt, dass es möglich ist, das Verhalten einer Halbleiterdiode in diesen atomaren Systemen zu emulieren. "Wir haben vorausgesagt, dass Sie das optische Gitter nehmen, seine experimentell einstellbaren Parameter auf eine bestimmte Weise manipulieren und diodenähnliche Phänomene wiederherstellen können", erklärt Pepino Zum Beispiel von links nach rechts, aber es verbietet den Atomen, das Gitter in die andere Richtung zu durchqueren. Wir haben dies modelliert und denken, dass es funktionieren könnte. “

Pepino und seine Kollegen haben auch einen atomtronischen Transistor modelliert. „Jede moderne Elektronik enthält Transistoren. Sie sind die Grundbausteine ​​von Elektronik und Computern. Natürlich wollen wir eine atomtronische Version. “Der von Pepino und seinen Kollegen entwickelte Transistor zeigt ein Ein- / Ausschaltverhalten und fungiert als Verstärker. Indem sie das optische Gitter auf die in ihrem Artikel beschriebene Weise konfigurieren, zeigen sie, dass es möglich ist, die Eigenschaften des herkömmlichen elektronischen Transistors in der Atomwelt wiederherzustellen.

Er weist darauf hin, dass die Atomtronik die Elektronik wahrscheinlich nicht ersetzen wird. „Atome sind im Vergleich zu Elektronen träge, und das bedeutet, dass Sie Atomtronics wahrscheinlich nicht als Ersatz für aktuelle elektronische Geräte sehen werden. Wofür die Atomtronik nützlich sein könnte, ist das Gebiet der Quanteninformation. “

Da Elektronen bei ihrem Aufprall durch energiedissipierende Halbleiter- oder Metallsysteme jeglichen möglichen Anfangsquantenzustand verlieren, sind sie für das Quantencomputing schlecht gerüstet. „Beim Quantencomputing speichert man einen Quantenzustand an einem Objekt, führt Operationen an dem Objekt durch und liest dann den Endzustand aus. Wenn das System nicht kohärent ist, gehen die ursprünglich gespeicherten Informationen verloren “, betont Pepino. „In optischen Gittern eingeschlossene Atome wurden aufgrund ihrer inhärenten energiesparenden Eigenschaften für bestimmte Quantenberechnungsschemata ausgiebig berücksichtigt. Die Dynamik unserer atomtronischen Geräte wäre kohärent und potenziell nützlich für das Quantencomputing. “Er schlägt auch vor, dass die Möglichkeit besteht, dass die Atomtronik nützlich ist, um empfindliche Messungen zu erhalten. Zumindest, schlussfolgert er, "bieten atomtronische Systeme einen guten Test grundlegender Konzepte in der Physik der kondensierten Materie."

Während diese Ideen modelliert wurden, müssen sie noch gebaut werden. Laut Pepino sind derzeit Versuche im Gange, um die Arbeit der experimentellen Mitarbeiterin und Co-Autorin Dana Anderson an der JILA und der University of Colorado unter Beweis zu stellen.

Weitere Informationen: Pepino et al. al. "Atomtronic Circuits of Diodes and Transistors", Physical Review Letters (2009). Online verfügbar: http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.103.140405

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