Kvantdatorn inom räckhåll

2001-12-12 13:00  
Den amerikanske fysikern David Awschalom har nu fört drömmen om kvantdatorn betydligt närmare verkligheten. Kvantdatorn, som utnyttjar kvantfysikens märkliga logik, kan räkna ut oerhört komplicerade problem på extremt kort tid. Hittills har den dock varit en ouppnåelig vision.

Men nu har David Awschalom på "Center för spinntronik och kvantdatorer" vid universitetet i Santa Barbara, Kalifornien, kommit på ett smart sätt att hantera kvantdatorns "ettor" och "nollor". Hans metod, som utnyttjar dagens teknologi, gör det möjligt att skala upp kvantdatorn från fysikalisk princip till teknisk verklighet.

I många förslag till kvantdatorer används elektroner som kvantbitar och deras spinnriktning som värde. Är spinnet riktat uppåt betyder det en "etta", är det riktat nedåt betyder det en "nolla". Inför kvantdatorns beräkningar programmeras kvantbitarna till att vara mer eller mindre en "etta". Graden av sannolikhet för att elektronen spinn är en "etta" styrs med magnetfält och radiostrålning. Magnetfältet påverkar då elektronens spinnriktning.

Tyvärr är den gängse tekniken närmast omöjlig att använda i en verklig kvantdator där många, små kvantbitar ska packas tätt samman.

David Awschaloms lösning är att istället använda elektriska fält för att styra elektronernas spinnriktning. Därmed kan han använda samma teknik för att tillverka kvantdatorer som idag används för att tillverka konventionell elektronik.

Elektronerna hålls på plats i en "kvantbrunn". I normala fall består kvantbrunnen av ett halvledande material vars elektriska egenskaper bildar en pytteliten låda där elektronerna är fångade.

Det nya är att tillverka kvantbrunnen av två olika halvledarmaterial som övergår kontinuerligt i varandra; först galliumarsenid, sedan aluminium-galliumarsenid och slutligen galliumarsenid igen.

De två materialens elektriska egenskaper påverkar elektronens spinn olika mycket. Beroende på var i kvantbrunnen elektronen befinner sig, får den därmed olika spinnriktning. Elektronens läge i kvantbrunnen kan styras genom att reglera spänningen mellan två elektroder på vardera sidan om brunnen. På elektrisk väg kan således David Awschalom påverka spinnriktningen kontinuerligt.

Kvantdatorerna är bara en tilllämpning av "spinntroniken", som den nya sortens elektronik kallas. I traditionell elektronik är det elektronernas laddning som bär på informationen. I spinntroniken finns informationen lagrad som spinnriktningar hos elektronerna. I princip kan spinntroniken användas för många av de tillämpningar som idag utnyttjar traditionell elektronik.

Det geniala är att spinntronikkretsarna nu kan byggas upp med konventionell teknologi på konventionellt sätt. De små mått som gäller för vanlig elektronik, gäller också för den nya spinnkretsen. David Awschaloms kvantbit är bara något hundratal nanometer stor. Dessutom fungerar den vid rumstemperatur.

Anders Wallerius

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt

Läs mer