محققان دانشگاه صنعتی دلفت (TU Delft) به پیشرفت قابل توجهی در مطالعه ابررسانایی و درهم تنیدگی کوانتومی دست یافته اند. آنها با موفقیت شکافت قابل کنترل یک جفت کوپر را که از دو الکترون متصل به هم در مواد ابررسانا در یک سیستم نقطه کوانتومی ترکیبی تشکیل شده است، نشان دادند. محققان با استفاده از نقاط کوانتومی به عنوان تله الکترونی توانستند دو الکترون تشکیل دهنده را پس از شکافتن حفظ کنند.
جفت‌های کوپر برای ابررسانایی بسیار مهم هستند، پدیده‌ای که در آن مواد در دماهای پایین به دلیل اثرات کوانتومی مقاومت صفر از خود نشان می‌دهند. با مطالعه درهم‌تنیدگی الکترون‌های جفت کوپر، محققان می‌توانند بینش‌هایی درباره خواص اساسی ابررسانایی به دست آورند. آزمایش‌های قبلی بر شکافتن جفت‌های کوپر برای بررسی درهم‌تنیدگی متمرکز بود، اما چالش، حفظ تک تک الکترون‌ها پس از تقسیم بود.
محققان در TU Delft با طراحی دستگاهی که می‌تواند با استفاده از نقاط کوانتومی الکترون‌های تقسیم‌شده را نگه دارد، به این چالش پرداختند. نقاط کوانتومی نواحی درون یک ماده نیمه رسانا هستند که می توانند الکترون ها را به دام بیاندازند و محدود کنند. علاوه بر این، آنها یک آشکارساز با استفاده از نقاط کوانتومی برای تشخیص زمانی که یک الکترون روی یک نقطه کوانتومی می پرد یا از آن خارج می شود، توسعه دادند که به آنها اجازه می داد تا لحظه شکافتن جفت کوپر را تشخیص دهند.
جنبه منحصر به فرد رویکرد آنها عدم وجود تماس های الکتریکی بین ابررسانا و پایانه های فلزی است. در عوض، محققان سرب ابررسانا را با یک قطعه جدا شده از ابررسانا جایگزین کردند و میدان‌های الکتریکی را روی نقاط کوانتومی و ابررسانا اعمال کردند تا یک جفت کوپر را بر روی نقاط کوانتومی تقسیم کنند. این منجر به جداسازی و حفظ الکترون های شکافته شده در سیستم نقطه کوانتومی شد.
محققان به دو نقطه عطف مهم در کار خود دست یافتند. اول، آنها با موفقیت یک جفت کوپر را شکافتند و الکترون های حاصل را حفظ کردند. دوم، آنها تکنیکی را برای تشخیص تک تک الکترون‌هایی که بدون حسگرهای بار خارجی روی یک نقطه کوانتومی پرش می‌کنند، نشان دادند. این دستاوردها راه را برای مشاهده و آزمایش بی‌درنگ درهم‌تنیدگی کوانتومی در الکترون‌ها هموار می‌کند، که جنبه اساسی ابررسانایی است.
این گروه، آزمایش‌های آینده را با ترکیب تکنیک تقسیم جفت کوپر با حسگرهای برابری که می‌توانند اسپین مغناطیسی الکترون‌ها را تشخیص دهند، پیش‌بینی می‌کنند. این امر امکان آزمایش نابرابری بل (Bell's inequality) و تأیید درهم تنیدگی کوانتومی در ابررساناها را فراهم می کند. علاوه بر این، گروه تحقیقاتی آنها علاقه‌مند به استفاده از جداکننده‌های جفت کوپر برای ساخت کیوبیت‌های قوی بر اساس حالت‌های محدود Majorana هستند که می‌توانند در محاسبات کوانتومی کاربرد داشته باشند.
منبع
Damaz de Jong et al, Controllable Single Cooper Pair Splitting in Hybrid Quantum Dot Systems, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.157001.
