Az eddigi legkisebb áramkörök<br/>

A tudósok reményei szerint a nemrégiben elkészített, egy-két elektront tartalmazó "szupernano" áramkörök a jövő kvantum-számítógépeinek alapjai lehetnek.

A tudósok szerint a mikroszkopikus eszközök egyszer még fontos szerepet játszhatnak a napjaink számítógépéinél sokkal nagyobb teljesítményű és gyorsabb úgynevezett kvantumkomputerek tervezésében. A legkisebb áramkör határesete, amikor az áramkör állapota egyetlen elektron "hozzáadásával" vagy "elvételével" megváltozik.

Fontos tudni: a kvantumjelenségek csak atomi vagy még kisebb méretek esetén mutatkoznak meg. A kvantumelmélet megmutatja számunkra, hogy a valóban kicsi dolgok világa a hétköznapi tapasztalatokhoz képest nem logikus szabályoknak engedelmeskedik: szubatomi részecskék például egyidejűleg két különböző térrészben tartózkodhatnak.

Rendszerint egy energiafelesleg nélküli elektron spinje a tér bármely irányába mutathat. A spin az elektron önmaga körüli forgásából ered, a töltés elmozdulása elektromos áramnak felel meg, ami mágneses teret gerjeszt; amíg nincs külső mágneses tér, mindegy, hogy merre mutat, külső mágneses térben azonban beállhat a tér irányába, vagy azzal ellentétes irányba. Mágneses tér hozzáadásával tehát a helyzet megváltozik. A mágneses térben elhelyezett vezetékgyűrűbe zárt elektron nagy sebességgel egy irányban kering.

"Kvantumpontok"

A Physical Review Letters március 6-ai számában található egy ennek bizonyítására szolgáló kísérlet leírása. A szerzője Axel Lorke a Müncheni Ludvig Maximilians Universityről, közreműködőkkel a Santa Barbara-i University of Californiáról (UCSB).

A kísérletben a valaha készített legkisebb, mérhető áramot hordozó gyűrűket használták. A mindössze 50 milliárdod méter átmérőjű gyűrűk erős kvantumjelenségeket mutattak, amikor mindössze egy vagy két elektront tartalmaztak.
Ezeket a kis gyűrűket kvantumpontoknak hívják. Mikroszkopikus területei egy félvezető felületének, ahol a tudósok új, ellenőrizhető módon tanulmányozhatják az elektronok tulajdonságait.

Néhány tudós reméli, hogy a kvantumpontok lehetnek a kvantumkomputerek memóriájának alapjai a jövőben. Egy speciális, a félvezető felületre két atomi réteget felszóró technikával a kutatóknak sikerült nagyszámú kvantumpontot létrehozni.

Alapállapotú energia

A tudósok két fémfelület közé helyezték a kvantumgyűrűkből álló rendezett mintázatot, és növelték a lemezek közötti feszültséget, egészen addig, amíg pontosan egy elektron átugrott a felületek között. Ez a feszültség adattal szolgált a kutatóknak az elektron alapállapotú energiájáról, amely előre megjósolható módon növekedett, ahogy növelték a gyűrűre ható mágneses mezőt. De amikor a mágneses mező erőssége elért egy bizonyos küszöböt, ugrásszerű változás történt az alapállapotú energiában, ami azt jelenti, hogy az elektron spinje meghatározott irányba kezdett mutatni.

Vagyis a kvantumgyűrű lehetővé teszi, hogy egy vagy két elektron egy bizonyos kvantumállapotban keringjen benne, így a tudósok, ahogy ők mondják, egy "tiszta" rendszerhez jutnak a kvantumtulajdonságok tanulmányozásához.

Kovács Péter

Ajánló:

A Physical Review Letters cikke. A New Scientist összeállítása. Gazdag magyar nyelvű háttéranyag.