bilde: Virs: kļūdas signāla (x) skaitīšanas statistika (ptx), ko reģistrē vienas uzlādes detektors, kas parādīta kā pārsūtīšanas procesa atkārtojumu skaita
Kredīts: Ubbelohde
Manipulēšana ar atsevišķiem elektroniem ar mērķi izmantot kvantu efektus piedāvā jaunas iespējas un lielāku precizitāti elektronikā. Tomēr šīs viena elektrona ķēdes regulē kvantu mehānikas likumi, kas nozīmē, ka novirzes no darbības bez kļūdām joprojām notiek – lai arī (vislabākajā iespējamajā scenārijā) ļoti reti. Tādējādi ieskats gan par šīs fundamentālās nenoteiktības fizisko izcelsmi, gan metroloģiskajiem aspektiem ir kritisks kvantu apļu tālākai attīstībai. Šajā nolūkā PTB un Latvijas Universitātes zinātnieki sadarbojās, izstrādājot statistisko testu metodiku. Viņu rezultāti ir publicēti žurnālā Dabas komunikācijas.
Viena elektrona ķēdes jau tiek izmantotas kā kvantu standarti elektriskajai strāvai un kvantu datoru modeļos. Šajās kvantu miniatūrās ķēdēs mijiedarbība un troksnis kavē fundamentālo nenoteiktību izpēti un ir grūti kvantitatīvi noteikt pat attiecībā uz mērinstrumenta metroloģisko precizitāti.
Kvantu datoru jomā bieži tiek izmantota testa procedūra, ko dēvē arī par “etalonu”, kurā visas ķēdes darbības principu un precizitāti novērtē pēc kļūdu uzkrāšanās pēc virknes darbību. Pamatojoties uz šo principu, PTB un Latvijas Universitātes pētnieki tagad ir izstrādājuši viena elektrona ķēžu standartu. Šeit ķēdes precizitāti raksturo kļūdas signāla nejaušas darbības, ko reģistrē integrētais sensors, kamēr ķēde atkārtoti veic darbību. Šīs “nejaušās pastaigas” statistisko analīzi var izmantot, lai identificētu retas kļūdas, kuras nav iespējams izvairīties, manipulējot ar atsevišķām kvantu daļiņām.
Izmantojot šo “nejaušās staigāšanas kritēriju”, tika pētīts atsevišķu elektronu transports ķēdē, kas sastāv no viena elektrona sūkņiem, kas izstrādāti PTB kā sākotnējie kritēriji ampēra, kas ir SI bāzes vienība, sasniegšanai. Šajā eksperimentā jutīgie detektori reģistrē kļūdas signālu ar vienu elektronu izšķirtspēju. Statistiskā analīze, kas bija iespējama, aprēķinot atsevišķas daļiņas, ne tikai parāda galvenos ierobežojumus ķēdes precizitātei, ko izraisa ārējais troksnis un laika korelācijas, bet arī nodrošina stabilu mērījumu, lai novērtētu kļūdas lietotajā kvantifikācijā.
Šī darba ietvaros izstrādātā metodika nodrošina stingru matemātisko pamatu elektrisko lielumu kvantitatīvo parametru apstiprināšanai un paver jaunus ceļus sarežģītu, integrētu kvantu sistēmu attīstībai.
###
Oriģinālā zinātniskā publikācija
Atgriezties, M. Kokaiess, A. Ambinis et al.: Izlases gaitas standarts viena elektrona ķēdēm. Nat Common 12, 285 (2021), https: /
Atruna: AAAS un EurekAlert! Nav atbildīgs par EurekAlert nosūtīto biļetenu pareizību! Ar iesaistīto iestāžu starpniecību vai jebkādas informācijas izmantošanai, izmantojot EurekAlert sistēmu.
