Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Connecting the (quantum) dots

27.02.2013
New spin technique moves researchers at the University of Pittsburgh and Delft University of Technology closer to creating the first viable high-speed quantum computer

Recent research offers a new spin on using nanoscale semiconductor structures to build faster computers and electronics. Literally.

University of Pittsburgh and Delft University of Technology researchers reveal in the Feb. 17 online issue of Nature Nanotechnology a new method that better preserves the units necessary to power lightning-fast electronics, known as qubits (pronounced CUE-bits). Hole spins, rather than electron spins, can keep quantum bits in the same physical state up to 10 times longer than before, the report finds.

"Previously, our group and others have used electron spins, but the problem was that they interacted with spins of nuclei, and therefore it was difficult to preserve the alignment and control of electron spins," said Sergey Frolov, assistant professor in the Department of Physics and Astronomy within Pitt's Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences, who did the work as a postdoctoral fellow at Delft University of Technology in the Netherlands.

Whereas normal computing bits hold mathematical values of zero or one, quantum bits live in a hazy superposition of both states. It is this quality, said Frolov, which allows them to perform multiple calculations at once, offering exponential speed over classical computers. However, maintaining the qubit's state long enough to perform computation remains a long-standing challenge for physicists.

"To create a viable quantum computer, the demonstration of long-lived quantum bits, or qubits, is necessary," said Frolov. "With our work, we have gotten one step closer."

The holes within hole spins, Frolov explained, are literally empty spaces left when electrons are taken out. Using extremely thin filaments called InSb (indium antimonide) nanowires, the researchers created a transistor-like device that could transform the electrons into holes. They then precisely placed one hole in a nanoscale box called "a quantum dot" and controlled the spin of that hole using electric fields. This approach— featuring nanoscale size and a higher density of devices on an electronic chip—is far more advantageous than magnetic control, which has been typically employed until now, said Frolov.

"Our research shows that holes, or empty spaces, can make better spin qubits than electrons for future quantum computers."

"Spins are the smallest magnets in our universe. Our vision for a quantum computer is to connect thousands of spins, and now we know how to control a single spin," said Frolov. "In the future, we'd like to scale up this concept to include multiple qubits."

Coauthors of the paper include Leo Kouwenhoven, Stevan Nadj-Perge, Vlad Pribiag, Johan van den Berg, and Ilse van Weperen of Delft University of Technology; and Sebastien Plissard and Erik Bakkers from Eindhoven University of Technology in the Netherlands.

The paper, "Electrical control over single hole spins in nanowire quantum dots," appeared online Feb. 17 in Nature Nanotechnology. The research was supported by the Dutch Organization for Fundamental Research on Matter, the Netherlands Organization for Scientific Research, and the European Research Council.

Frolov and his Netherlands colleagues were recent winners of the 2012 Newcomb Cleveland Prize, an annual honor awarded to the author/s of the best research article/report appearing in Science, which is published weekly by the American Association for the Advancement of Science (AAAS). Read more about the award here: http://news.aaas.org/2012_annual_meeting/0215research-probing-a-quantum-phase-transition-wins-the-2011-aaas-newcomb-cleveland-prize-supported-by-affymetrix.shtml

2/26/13/mab/cjhm

B. Rose Huber | EurekAlert!
Further information:
http://www.pitt.edu

More articles from Physics and Astronomy:

nachricht Study offers new theoretical approach to describing non-equilibrium phase transitions
27.04.2017 | DOE/Argonne National Laboratory

nachricht SwRI-led team discovers lull in Mars' giant impact history
26.04.2017 | Southwest Research Institute

All articles from Physics and Astronomy >>>

The most recent press releases about innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie