Sử dụng chấm lượng tử thành nguồn phát xạ đơn electron theo ý muốn

Các nhà vật lý ở Đại học Sư phạm Paris (Ecole Normale Supérieure), Pháp vừa đạt đến một bước nhảy quan trọng trong việc xây dựng máy tính lượng tử từ các điện tử bị làm rối.

Nghiên cứu vừa công bố trên tạp chí Science của nhóm đã chỉ ra các vùng nhỏ trong chất bán dẫn được gọi là chấm lượng tử (quantum dot) có thể cho phép phát xạ các đơn điện tử trong thang thời gian nano giây (ns) vượt qua các linh kiện điện tử hiện nay đang hoạt động (xem chi tiết kết quả trên Science 316 (2007) 1172).

Các máy tính hiện nay xử lý thông tin bằng cách thực hiện các phép tính số học trên hệ đếm nhị phân, với các bit 0 và 1. Máy tính lượng tử đang được nghiên cứu lại sử dụng hiện tượng bị làm rối để tạo ra các bit lượng tử (gọi là qubit), có thể đồng thời ở cả bit 0 và 1 trong cùng một thời gian. Máy tính lượng tử hứa hẹn khả năng xử lý thông tin với tốc độ cực nhanh đồng thời xử lý lượng thông tin và công việc lớn hơn rất nhiều so với các máy tính hiện nay.

Nghiên cứu mới của nhóm được lãnh đạo bởi Christian Glattli (ở Đại học Sư phạm Paris, Pháp) cùng các cộng sự ở một số cơ quan khác của Pháp đã tạo ra một bước nhảy quan trọng để đạt đến khả năng xây dựng các qubit từ các điện tử bị cầm tù 2 chiều trong chất bán dẫn (gọi là khí điện tử 2 chiều - 2-dimensional electron gas 2DEG). Từ một phiến mỏng bán dẫn GaAs, họ đã pha tạp và tạo ra một chấm lượng tửở đầu của phiến và một tập hợp khí điện tử 2 chiều ở đầu còn lại với một rào thế giữa chúng. Bằng cách đặt vào một điện áp biến đổi nhanh ngang qua chấm lượng tử và một điện áp không đổi qua rào thế, họ có thể dịch các mức năng lượng của điện tử trong chấm lượng tử sao cho điện tử có thể đi vào hoặc thoát ra khỏi hệ khí điện tử 2 chiều ở đầu còn lại.

Sơ đồ nguyên lý của hệ và kết quả được tóm lược (Theo Science 316 (2007) 1172).

Thực ra người ta đã sử dụng chấm lượng tử như nguồn đơn điện tử trước đó, nhưng linh kiện của nhóm này là loại lần đầu tiên cho phép bức xạ và hấp thụ điện tử trong từng khoảng thời giàn chỉ cỡ vài nano giây, tạo ra tốc độ của linh kiện khá tương thích với các mạch điện tử hiện nay. Hệ của nhóm được cho là chấm lượng tử và các thành phần cổng cũng tương đương như một điện trở và tụ điện mắc nối tiếp, và họ sử dụng nguyên lý mạch RC để tính toán trở kháng tổng cộng trong mạch chấm lượng tử - cổng, và do đó điện tử phát xạ một cách đều đặn từ chấm lượng tử được tính toán từ điện áp đặt vào hệ.

Để tạo ra các qubit thật sự, nhóm của Glattli sẽ cần phải chứng minh rằng 2 nguồn phát điện tửriêng lẻ có thể tạo ra các điện tử kết hợp và các trạng thái làm rối loạn sau đó có thể giữ trong thời gian dài hơn đến cỡ micro giây - Theo lời của nhà vật lý chất rắn Stephen Giblin.

Vạn lý Độc hành