Naukowcy z amerykańskiego Narodowego Instytut Standaryzacji i Technologii (NIST) stworzyli parę sprzężonych kropek kwantowych, które potencjalnie mogłyby służyć jako solidny bit kwantowy, czyli kubit, podstawowa jednostka informacji dla komputera kwantowego. Kropka kwantowa to niewielki obszar przestrzeni ograniczony w trzech wymiarach, w którym energia potencjalna uwięzionej w nim cząstki jest większa niż wartości występujące w otoczeniu (bariera potencjału). To takie małe wysepki ładunku elektrycznego, które zachowują się jak sztuczne atomy. Tak się je zresztą czasem nazywa.
Klasyczny komputer do przechowywania pamięci wykorzystuje binarne bity o jednej z dwóch stałych wartości 1 lub 0. Komputer kwantowy, kiedy już powstanie, przechowywałby informacje w kubitach, które mogą jednocześnie przyjmować wiele wartości. To zupełnie zmienia możliwości komputera, który mógłby wykonywać znacznie trudniejsze, bardziej złożone operacje i mieć potencjał do zrewolucjonizowania obliczeń.
W pobliżu pojedynczej kropki kwantowej elektrony mogą orbitować podobnie jak w atomie. Zatem, cząstki naładowane, zgodnie z równaniem Schrödingera, mogą zajmować tylko określone, dopuszczalne poziomy energetyczne. Na każdym poziomie energetycznym, elektron może zajmować szereg możliwych pozycji wytyczając „orbitę”, której kształt jest określony przez zasady teorii kwantowej. W tej sytuacji para sprzężonych kropek kwantowych może dzielić między sobą elektron, tworząc kubit.
Zespół kierowany przez NIST uzyskał kropki kwantowe w skomplikowanym procesie przepuszczania prądu elektrycznego przez grafen umieszczony w silnym polu magnetycznym. Dzięki temu elektrony znalazły się w dwóch koncentrycznych kręgach oddzielonych małą, pustą powłoką i zachowywały jak sprzężone kropki kwantowe.
„Po raz pierwszy naukowcy tak głęboko zbadali wnętrze sprzężonego kwantowego systemu kropek, obrazując rozkład elektronów z rozdzielczością atomową” - powiedział, pracujący przy projekcie, Daniel Walkup.
