Akadēmiskais centrs
2020. gada nogalē Latvijas Zinātņu akadēmija (LZA) LU FMOF profesora un vadošā pētnieka Vjačeslava Kaščejeva, DF pētnieku Andra Ambaiņa un Mārtiņa Kokaiņa kopā ar Vācijas Nacionālā metroloģijas institūta (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) pētniekiem Nīlu Ubelodu (Niels Ubbelohde) un Dāvidu Reifertu (David Reifert) izstrādāto pētījumu “Gadījuma klejošanā balstīta vienelektrona mikroshēmu sertifikācija” nosaukusi par vienu no 11 aizvadītā gada nozīmīgākajiem zinātnes sasniegumiem Latvijā. Vairāk par konkursu www.lza.lv.
2020. gada nogalē Latvijas Zinātņu akadēmija (LZA) LU FMOF profesora un vadošā pētnieka Vjačeslava Kaščejeva, DF pētnieku Andra Ambaiņa un Mārtiņa Kokaiņa kopā ar Vācijas Nacionālā metroloģijas institūta (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) pētniekiem Nīlu Ubelodu (Niels Ubbelohde) un Dāvidu Reifertu (David Reifert) izstrādāto pētījumu “Gadījuma klejošanā balstīta vienelektrona mikroshēmu sertifikācija” nosaukusi par vienu no 11 aizvadītā gada nozīmīgākajiem zinātnes sasniegumiem Latvijā. Vairāk par konkursu www.lza.lv.
Atsevišķu elektronu pielietošana kvantu efektu sasniegšanai paver jaunas iespējas un lielāku precizitāti elektronikā. Taču vienelektrona mikroshēmās darbojas kvantu mehānikas likumi, kas nozīmē, ka, lai arī ļoti retām, no kļūdām izvairīties nav iespējams. Tādējādi zināšanas par šīs nenoteiktības fizikālo izcelsmi un metroloģiskajiem aspektiem ir fundamentāli svarīgas kvantu mikroshēmu tālākai attīstībai. Šī iemesla dēļ Latvijas Universitātes zinātnieki – Fizikas, matemātikas un optometrijas fakultātes (FMOF) profesors un vadošais pētnieks Vjačeslavs Kašcejevs un Datorikas fakultātes (DF) zinātnieki – profesors Andris Ambainis un pētnieks Mārtiņš Kokainis, sadarbojušies ar Vācijas Nacionālā metroloģijas institūta (PTB) zinātniekiem, lai izveidotu statistisku metodi kļūdas raksturošanai. Kopīgi veiktā pētījuma rezultāti janvāra vidū publicēti prestižajā zinātniskajā žurnālā Nature Communications.
Jau šobrīd vienelektronu mikroshēmas tiek izmantotas visprecīzākajos mērinstrumentos (kvantu etalonos) un kvantu skaitļotāju prototipos. Šādās kvantu mikroshēmās mijiedarbības un troksnis kavē fundamentālo neprecizitāšu izpēti un to izmērīšana ir izaicinājums pat etalonprecizitātes mēriekārtām.
Kvantu datoros tiek plaši lietotas testēšanas procedūras (sauktas arī par etalonuzdevumiem), kas shēmas darbību un precizitāti novērtē pēc kļūdu uzkrāšanās darbībai atkārtojoties. Attīstot šo principu PTB Institūta un Latvijas Universitātes zinātnieki ir piedāvājuši etalonuzdevumu vienelektronu mikroshēmu darbības novērtēšanai. Tajā shēmas precizitāti raksturo nejaušas novirzes, kuras uztver iebūvēts sensors, mikroshēmai atkārtoti izpildot darbību. Nejaušajām novirzēm uzkrājoties, tās veic gadījuma klejošanu, kuru analizējot ar statistiskas metodēm, ir iespējams identificēt retās, bet neizbēgamas kļūdas darbībās ar atsevišķām kvantu daļiņām.
Šis “gadījuma klejošanas etalonuzdevums” tika pielietots no kvantu sūkņiem veidotajai mikroshēmai, ka tiek izmantota PTB institūtā kā ampēra, SI pamatmērvienības, primārais etalons. Šajā eksperimentā ļoti jūtīgi uztvērēji kļūdas signālu reģistrē ar izšķirstpēju, kas ļauj viennozīgi noteikt elektronu skaitu. Gadījuma klejošanas iznākumu statistiskā analīze ļauj ne vien noteikt, cik mikroshēma ir jūtīga pret ārējo troksni un iekšējo nestabilitāti, bet arī precīzi novērtē kļūdu līmeni pielietojumiem kvantu metroloģijā.
Izstrādātā metode liek stingrus matemātiskus pamatus elektriskās strāvas etalonu precizitātes noteikšanai un paver jaunas iespējas kvantu nanoelektronikas integrēto shēmu attīstībai.
2020. gada nogalē Latvijas Zinātņu akadēmija (LZA) LU FMOF profesora un vadošā pētnieka Vjačeslava Kaščejeva, DF pētnieku Andra Ambaiņa un Mārtiņa Kokaiņa kopā ar Vācijas Nacionālā metroloģijas institūta (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) pētniekiem Nīlu Ubelodu (Niels Ubbelohde) un Dāvidu Reifertu (David Reifert) izstrādāto pētījumu “Gadījuma klejošanā balstīta vienelektrona mikroshēmu sertifikācija” nosaukusi par vienu no 11 aizvadītā gada nozīmīgākajiem zinātnes sasniegumiem Latvijā. Vairāk par konkursu www.lza.lv.
Ar publikācijas oriģinālu var iepazīties: D. Reifert, M. Kokainis, A. Ambainis et al.: A random-walk benchmark for single-electron circuits. Nat Commun 12, 285 (2021), https://doi.org/10.1038/s41467-020-20554-w
Populārzinātisku stāstu par šo pētījumu var izlasīt žurnāla IR rakstā Tramplīns lielām idejām.
