Mõistatuslik kvantpunkt (ingl. k quantum dot) on kvantarvutite põhiline ehituskivi. Šveitsi Riikliku Tehnoloogiainstituudi École polytechnique fédérale de Lausanne´i (EPFL) füüsikud arendasid välja teooria, mis näitab, et punkti sümmeetria ainuüksi pole piisav selle huvitavate optiliste omaduste selgitamiseks.
Füüsikud lõid peaaegu 100 nanomeetri kõrguse püramidamidaalse punkti, mille ühel küljel on umbes 200 aatomit. Sellele miniatuursele struktuurile elektrivoolu rakendades lõid teadlased seadme, mis on võimeline valgust kiirgama. Selle omaduse tõttu võib seade tulevikus leida kasutust kvantarvutite (ingl. k quantum computers) koostisosades. Kuid tee seesuguse uutmoodi arvutustehnikani on endiselt pikk, sest nende kvantpunktide optiliste omaduste väljaselgitamine on keerukas ja arvutuslikult pingeline ettevõtmine. Füüsik Marc-André Dupertuis ja tema meeskond EPFL’ist on aga välja pakkunud ja vaatlusandmete põhjal kinnitanud uue füüsikalise teooria. See vähendab vastavate arvutuste läbiviimiseks kuluvat aega ning võimaldab saada paremat arusaama nende kummaliste objektide olemusest, kirjutab Physorg.com.
Kvantpunkti tipp. Pilt: Alexander Kleinsorge
Kui kvantpunktidesse viia elektrilaenguid, hakkavad nad vibreerima, mida füüsikud nimetavad lainefunktsiooniks, mis praegusel juhul vibreerib trummi sarnaselt. Võiks arvata, et nende vibratsioonide esilekutsumine on väga keeruline, kuid Dupertuis taipas, et laine käitumist ning seega kvantpunktist kiirgavat valgust võib piisavalt kindlaks määrata selle sümmeetria abil. Seega saab arvutusi lihtsustada grupiteooriat (ingl. k. group theory) kasutades.
Salvrätile mahtuv parem arusaam
Lähenemise tugevus on selle suhteline lihtsus. Füüsikud võivad tuletada kvantpunkti optilisi omadusi arvatavale sümmeetriatele tuginedes ning seejärel tõestada sümmeetriate olemasolu eksperimentaalselt. ,,Seni vaid superarvutitega tehtavad arvutused saab nüüd asendada teiste, salvrätile mahtuvate arvutustega,” sõnas Dupertuis.
Dupertuis pidi teooria loomiseks ületama tõsise raskuse – ta pidi seda piisavalt lihtsustama ning samal ajal võtma arvesse kvantmaailmas valitsevaid seadusi. Võib kujutleda sümmeetrilisteks viiludeks lõigatud kooki, mille ääred on erisugused. Kui tahta seda taas kokku panna, peaks viile kokku paigutama kindlas järjekorras. Sarnast matemaatilist ja kvantväljakutset prooviski füüsik ületada.
Paljulubav edasiminek
Kui see takistus kõrvale jätta, on meetod paljulubav. ,,Vaatlusmeetodeid kasutades saame täpselt tuletada kvantpunkti täpse sümmeetria ning ka selles sisalduva elektrilaengu ja isegi tuletamise teel kindlaks teha, missuguseid footoneid see kiirgab,” väitis Dupertuis. See informatsioon on kasulik uute seadmete kavandamisel, mida on võimalik kasutada kvantarvutites.
Teadusartikkel: ,,Symmetries and the polarized optical spectra from exciton complexes in quantum dots” esitatud teadusajakirjale Physical Review Letters septembris 2011.