Puncte cuantice în grafena

Peste tot în lume cercetătorii lucrează la diferite modele pentru un computer cuantic. Unul din modelele propuse foloseşte spinul electronic pentru stocarea datelor. Cu toate că primii paşi în această direcţie au fost făcuţi folosind puncte cuantice în GaAs, există anumite limitări ale acestui material.

În volumul din ianuarie al publicatiei ştiinţifice Applied Physics Letters grupul profesorului Klauss Ensslin de la ETH, Zurich crede că a găsit o soluţie alternativă pentru GaAs, şi anume punctele cuantice în grafena.

În ultimii ani atenţia cercetatorilor a fost atrasă din ce în ce mai mult de grafena. Acesta este o formă de carbon, fiind varianta bidimensională a grafitului, adică o reţea de atomi de carbon, dispuşi hexagonal într-un plan. Nanotuburile de carbon pot fi considerate cilindrii de grafena.

Una din cerinţele unui computer cuantic care foloseşte spinul electronic (model propus de Daniel Loss şi David DiVincenzo în 1997), este ca spinul să aibă o direcţie bine definită. În GaAs spinul electronic nu poate să îşi păstreze direcţia indefinit. În câmp magnetic spinul nu poate fi decât sus sau jos, însă spinul interacţionează cu mediul înconjurător. În afară de electroni, şi nucleele posedă spin, care până la urmă o să interacţioneze cu spinul electronic, acest lucru cauzând o rupere a coerenţei în sistemul cuantic.

Grafena se pare că e materialul în care această problemă poate fi depăşită. În acest tip de material, 98% din nucleele de carbon neavând spin, interacţia spin electronic-spin nuclear este redusă dramatic. O a doua proprietate favorabilă a grafenei este faptul că e un sistem bidimensional natural, spre deosebire de gazele bidimensionale create în GaAs prin MBE (Molecular Beam Epitaxy), reducând astfel eventualele costuri de producţie.

Grupul condus de Klauss Ensslin tocmai a arătat că este posibilă realizarea unui punct cuantic în grafena, însă până la realizarea unui qubit folosind acest material mai sunt multe obstacole de depăşit. În primul rând pentru a funcţiona ca mediu de stocare pentru qubiti, un punct cuantic trebuie să funcţioneze într-un regim cu număr redus de electroni (<10), regim încă neatins de grupul de la ETH. Odata atins regimul cu număr redus de electroni, pasul următor ar fi controlul (scrierea) şi citirea stărilor spinilor electronici din punctul cuantic.