_ Cercetătorii controlează proprietățile cuantice ale 2D materiale cu lumină adaptată

O echipă de oameni de știință a dezvoltat o metodă care valorifică structura luminii pentru a răsuci și a modifica proprietățile materialelor cuantice. Rezultatele lor, publicate astăzi în Nature, deschid calea pentru progresele în următoarea generație de electronică cuantică, calcul cuantic și tehnologia informației.

Echipa, condusă de cercetători de la Laboratorul național de accelerație SLAC al Departamentului de Energie și Universitatea Stanford. , a aplicat această metodă la un material cunoscut sub numele de nitrură de bor hexagonală (hBN), un singur strat de atomi dispuși într-un model de fagure cu proprietăți care îl fac potrivit unic pentru manipularea cuantică. În experimentele lor, oamenii de știință au folosit un tip special de lumină, al cărui câmp electric arată ca un trifoil, pentru a schimba și controla comportamentul materialului la nivel cuantic la o scară de timp ultrarapidă.

Modul în care unda luminoasă este răsucit, de asemenea, permite cercetătorilor să controleze cu precizie proprietățile cuantice ale materialului - reguli care determină comportamentul electronilor, care sunt esențiale pentru electricitatea și fluxul de date. Această capacitate de a controla proprietățile cuantice la cerere ar putea deschide calea pentru crearea de comutatoare cuantice ultrarapide pentru tehnologiile viitoare.

„Munca noastră este asemănătoare cu găsirea unui nou mod de a șopti lumea cuantică și de a o face să-și dezvăluie. secrete pentru noi”, a spus Shubhadeep Biswas, om de știință la SLAC și Universitatea Stanford, care a condus cercetarea.

Tehnicile tradiționale necesită adesea ca lumina să aibă energia potrivită pentru a lucra cu un material, o limitare pe care aceasta noua abordare ocolește inteligent. Folosind un tip special de lumină și adaptându-i modelul pentru a se potrivi cu modelul materialului, oamenii de știință pot convinge materialul în noi configurații fără a fi constrânși de proprietățile sale naturale.

„Această lumină structurată nu luminează doar materialul se răsucește în jurul lui, modificându-și proprietățile cuantice la cerere într-un mod pe care îl putem controla”, a spus Biswas.

Această flexibilitate ar putea permite metodei să funcționeze pentru o gamă largă de aplicații, făcându-i mai ușor dezvolta noi tehnologii. În esență, echipa a creat condiții în care electronii se mișcă în moduri noi și controlabile. Acest lucru ar putea duce, de exemplu, la dezvoltarea de comutatoare super-rapide pentru calculatoarele cuantice, care ar putea depăși drastic computerele pe care le folosim astăzi.

Dincolo de rezultatele imediate, această cercetare este promițătoare pentru aplicații viitoare în domeniul tărâmul „valleytronics”, un domeniu care valorifică proprietățile cuantice ale electronilor care locuiesc în diferite văi energetice ale unui material pentru procesarea informațiilor. Spre deosebire de abordările tradiționale care necesită lumină adaptată acelor văi energetice, noua metodă este mai adaptabilă, oferind o nouă direcție pentru dezvoltarea dispozitivelor cuantice.

Abilitatea cercetătorilor de a manipula văile cuantice din hBN ar putea duce la noi dispozitive, cum ar fi comutatoarele cuantice ultrarapide, care funcționează nu doar pe binarul 0 și 1, ci și pe peisajul mai complex al informațiilor cuantice. Acest lucru va permite modalități mai rapide și mai eficiente de procesare și stocare a informațiilor.

„Nu este vorba doar de pornirea și oprirea unui comutator”, a declarat colaboratorul Matthias F. Kling, directorul diviziei de cercetare și dezvoltare la LCLS. „Este vorba de crearea unui comutator care poate exista în mai multe stări simultan, crescând considerabil puterea și potențialul dispozitivelor noastre. Deschide o modalitate cu totul nouă de a proiecta proprietățile materialelor la nivel cuantic. Aplicațiile potențiale sunt vaste, variind de la calculul cuantic la noi forme de procesare a informațiilor cuantice.”

Cercetarea aruncă, de asemenea, lumină asupra modalităților fundamentale prin care oamenii de știință pot interacționa și controla lumea cuantică. Pentru oamenii de știință implicați, această călătorie în tărâmul cuantic nu este doar despre fiorul descoperirii, ci despre depășirea limitelor a ceea ce este posibil.

„Unul dintre cele mai interesante aspecte este potențialul absolut al descoperirilor noastre, ", a spus Biswas. „Suntem în pragul unei noi ere în tehnologie și tocmai începem să explorăm ce este posibil atunci când valorificăm puterea materialelor cuantice.”

Echipa a inclus și cercetători de la Institutul Max Planck. of Quantum Optics, Garching; Ludwig-Maximilians-Universitat München din Germania; și Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid din Spania.

(Fluierul)