Osynligt band mellan elektroner banar väg för morgondagens kvantdatorer
Elektronpar, sammanlänkade kvantmekaniskt, flödar fritt – och ger så kallad supraledning. Ny forskning visar att denna sammanlänkning kvarstår även om elektronerna går i varsin nanotråd parallellt. Och till och med snabbare än om elektronparen befinner sig i samma tråd. Upptäckten kan leda till framtida genombrott för kvantdatorer.
Material där ström kan forsa fram utan något som helst elektriskt motstånd kallas supraledande. De uppträder än så länge främst vid riktigt låga temperaturer. Sådana spås kunna revolutionera vår vardag: Datorer som är miljontals gånger snabbare än dagens, förlustfria eltransporter, svävande tåg och energisnål utrustning.
Men forskningen lägger ständigt nya pusselbitar. År 1972 tilldelades Nobelpriset i fysik till forskare som visat att fenomenet med supraledare uppstår när två elektroner, med motsatt elektronspinn, kopplas samman, ett fenomen som benämns som Cooper-par. När elektronerna krokar arm på detta sätt, via en koppling till atomernas vibrationer, så kallade fononer, hindrar inte metallens atomer längre elektronernas framfart, utan den elektriska strömmen fortsätter totalt resistansfritt.
Nu har forskare från universiteten i Tokyo, Peking och Lund visat att fenomenet med Cooper-par kvarstår även när elektronerna ”injiceras” från supraledande aluminiumkontakter in i parallella halvledande nanotrådar, som är placerade vid sidan om varandra men utan direkt fysisk kontakt. Resultaten publiceras i tidskriften Science Advances.
Hopkopplingen kvarstår
Förklaringen till att effekten kvarstår, är att elektronerna är ihopkopplade via något som kallas kvantmekaniska sammanflätningar, eller på engelska ”quantum entanglement”. Denna sammanflätning finns kvar också över större avstånd, vilket på ett väldigt tydligt sett visas genom den aktuella studien.
De aktuella experimenten banar väg för nya koncept inom kvantinformationsteknik, enligt Lars Samuelson, professor i fasta tillståndets fysik vid LTH, Lunds universitet och medförfattare till artikeln:
– Detta är ett häftigt fysikfenomen med sammanflätande kvantmekaniska tillstånd som vi i denna studie kan bevisa fungerar i praktiken.
– Det intressanta är även att strömmarna till och med blir högre när elektronerna är separerade än då Cooper-paren går tillsammans genom var och en av nanotrådarna.
Det visar sig, och har teoretiskt förutspåtts, att när Cooper-par transporteras genom två ultratunna nanotrådar så blir det mer ”trångt” än om de, fortfarande sammankopplade, kan transporteras var och en genom sin egen nanotråd.
Vetenskaplig artikel:
Dominant nonlocal superconducting proximity effect due to electron-electron interaction in a ballistic double nanowire. Science Advances
Kontakt:
Lars Samuelson, Professor, Fasta tillståndets fysik och NanoLund, lars.samuelson@ftf.lth.se
