Il grafene e le sue applicazioni in computazione quantistica

Il grafene è un materiale estremamente promettente per lo sviluppo di nano-dispositivi e nano-strutture, date le sue sorprendenti proprietà elettriche e strutturali. In questo lavoro è stata studiata la realizzazione di un sistema per la computazione quantistica con un doppio quantum dot ibrido spin-valle, adoperando Graphene Nanoribbons con armchair edges (A-GNRs). Nel primo capitolo vengono esposte le proprietà strutturali del reticolo esagonale del grafene e le proprietà elettriche, derivate dalla particolare struttura a bande di uno strato isolato di grafene. Vengono inoltre approfondite le due tipologie principali di GNRs, con zigzag o armchair edges. Nel secondo capitolo viene introdotta la teoria alla base della computazione quantistica, definendo quali siano i criteri per ottenere la computazione universale. Nel terzo capitolo si affronta il problema dell’effettiva realizzazione fisica di dispositivi per la computazione quantistica. In particolare viene mostrata la possibile implementazione di un quantum register, ovvero un sistema simile al classico shift register, ma con proprietà quantistiche, formato da doppi quantum dots (DQDs) ibridi. L’interesse è focalizzato sul realizzare un set universale di single-qubit gates e two-qubit gates per i DQDs, sfruttando un materiale come il grafene, in cui è possibile utilizzare come grado di libertà quello di valle, oltre quello di spin. Vengono mostrati i principali punti di forza dei DQDs con A-GNRs per la realizzazione di questa categoria di dispositivi e le fonti di rumore, nocive per la computazione quantistica.