Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     Siemens  n-tv 
Datenbankrecherche:

Fachgebiet (optional):

 

UCSB physicists identify room temperature quantum bits in widely used semiconductor

03.11.2011
A discovery by physicists at UC Santa Barbara may earn silicon carbide –– a semiconductor commonly used by the electronics industry –– a role at the center of a new generation of information technologies designed to exploit quantum physics for tasks such as ultrafast computing and nanoscale sensing.

Anzeige

The research team discovered that silicon carbide contains crystal imperfections that can be controlled at a quantum mechanical level. The finding is published this week in the journal Nature.


The research group of David Awschalom, senior author, made the finding. Awschalom is director of UCSB's Center for Spintronics & Quantum Computation, professor of physics, electrical and computer engineering, and the Peter J. Clarke Director of the California NanoSystems Institute.

In conventional semiconductor-based electronic devices, crystal defects are often deemed undesirable because of their tendency to immobilize electrons by "trapping" them at a particular crystal location. However, the UCSB team discovered that electrons that become trapped by certain imperfections in silicon carbide do so in a way that allows their quantum states to be initialized, precisely manipulated, and measured using a combination of light and microwave radiation. This means that each of these defects meets the requirements for use as a quantum bit, or "qubit," which is often described as the quantum mechanical analog of a transistor, since it is the basic unit of a quantum computer.

"We are looking for the beauty and utility in imperfection, rather than struggling to bring about perfect order," said Awschalom, "and to use these defects as the basis for a future quantum technology."

Most crystal imperfections do not possess these properties, which are intimately tied to the atomic structure of a defect and the electronic characteristics of its semiconductor host, explained Awschalom. In fact, before this research, the only system known to possess these same characteristics was a flaw in diamond known as the nitrogen-vacancy center.

The diamond nitrogen-vacancy center is renowned for its ability to function as a qubit at room temperature, while many other quantum states of matter require an extremely cold temperature, near absolute zero. However, this center exists in a material that is difficult to grow and challenging to manufacture into integrated circuits.

In contrast, high-quality crystals of silicon carbide, multiple inches in diameter, are commonly produced for commercial purposes. They can be readily fashioned into a multitude of intricate electronic, optoelectronic, and electromechanical devices. In addition, the defects studied by Awschalom and his group are addressed using infrared light that is close in energy to the light used widely throughout modern telecommunications networks. And while several distinct defect types were studied at a range of temperatures, two of them were capable of room temperature operation, just like the diamond nitrogen-vacancy center.

The combination of these features makes silicon carbide, with its defects, an attractive candidate for future work seeking to integrate quantum mechanical objects with sophisticated electronic and optical circuitry, according to the researchers. This research fits within a wider effort at UCSB to engineer quantum devices by fostering collaboration between the fields of materials science and quantum physics.

While defects in silicon carbide may offer many technologically attractive qualities, an immense number of defects in other semiconductors are still left to be explored.

"Our dream is to make quantum mechanics fully engineerable," said William Koehl, lead author and a graduate student in the Awschalom lab. "Much like a civil engineer is able to design a bridge based on factors such as load capacity and length span, we'd like to see a day when there are quantum engineers who can design a quantum electronic device based on specifications such as degree of quantum entanglement and quality of interaction with the surrounding environment."

Gail Gallessich | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: www.ucsb.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Trennung von Blutzellen im Mikrofluss
24.05.2012 | Universität Augsburg

nachricht Nomads of the Galaxy
24.05.2012 | Kavli Foundation

Alle Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>


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

Im Focus: Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit


Krankheiten wie Parkinson, Alzheimer und bestimmte Krebsformen gehen auf eine fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen im Körper zurück.

Wissenschaftlern des Instituts für Photonische Technologien (IPHT) in Jena ist es erstmals gelungen, Proteinstrukturen auf sub-molekularer Ebene nachzuweisen und spektroskopisch zu analysieren. Ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Krankheitsursachen.

„Bis heute hat man nicht genau verstanden, was die fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen, zum Beispiel im Zusammenhang mit Alzheimer, ...

Im Focus: Widerspenstiges Quasiteilchen erzeugt


Die Quantenphysik beschreibt physikalische Vorgänge in Festkörpern und anderen Vielteilchensystemen auch mit Hilfe von Quasiteilchen.

Innsbrucker Physikern um Rudolf Grimm ist es nun erstmals gelungen, ein neues Quasiteilchen - ein repulsives Polaron - in einem Quantengas experimentell zu erzeugen. Die Forscher berichten darüber in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Nature.

Ultrakalte Quantengase sind ein ideales Experimentierfeld, um physikalische Phänomene in Festkörpern zu simulieren. Unter streng kontrollierten Bedingungen ...

Im Focus: Licht lässt Partikel wachsen - Forscher entdecken neuen Mechanismus in der Atmosphäre


Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.

Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.

Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...

Im Focus: Abschreckung: Tabak signalisiert angreifenden Zikaden Verteidigungsbereitschaft


Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen

Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...

Im Focus: Erbgutkopie reist im Protein-Koffer


Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.

Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.

Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...

Alle Focus-News des innovations-reports >>>

Anzeige

B2B Suche
Produkt / Dienstleistung
Firma / Organisation

Anzeige

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

Energieversorger vor dem Umbruch

24.05.2012 | Studien Analysen

Stem-cell-growing surface enables bone repair

24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie

Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit

24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie

VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Veranstaltungen

NieKE Themenforum: Ökonomie - Tierschutz - Lebensmittelsicherheit

24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

Nachhaltigkeit in der Schifffahrt: Werte vs. Wertschöpfung

24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

Wissenschaft und Öffentlichkeit

24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

FindAndHelp