15:12 2023-06-01
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ „Respirația” dintre atomi — un nou bloc de construcție pentru tehnologia cuantică
_ „Respirația” dintre atomi — o clădire nouă bloc pentru tehnologie cuantică
Cercetătorii de la Universitatea din Washington au descoperit că pot detecta „respirația” atomică sau vibrația mecanică dintre două straturi de atomi, observând tipul de lumină emisă de atomi atunci când sunt stimulați de un laser. Sunetul acestei „respirații” atomice ar putea ajuta cercetătorii să codifice și să transmită informații cuantice.
Cercetătorii au dezvoltat, de asemenea, un dispozitiv care ar putea servi ca un nou tip de bloc pentru tehnologiile cuantice. , despre care se anticipează că vor avea multe aplicații viitoare în domenii precum calculul, comunicațiile și dezvoltarea senzorilor.
Cercetătorii au publicat aceste descoperiri la 1 iunie în Nature Nanotechnology.
„Acesta este un platformă nouă, la scară atomică, folosind ceea ce comunitatea științifică numește „optomecanica”, în care mișcările luminii și mecanice sunt intrinsec cuplate împreună”, a spus autorul principal Mo Li, profesor de inginerie electrică și computerizată și fizică UW. „Oferă un nou tip de efect cuantic implicat care poate fi utilizat pentru a controla fotonii unici care rulează prin circuite optice integrate pentru multe aplicații.”
Anterior, echipa studiase o cvasiparticulă la nivel cuantic numită „exciton”. ." Informația poate fi codificată într-un exciton și apoi eliberată sub forma unui foton - o particulă minusculă de energie considerată a fi unitatea cuantică a luminii. Proprietățile cuantice ale fiecărui foton emis - cum ar fi polarizarea fotonului, lungimea de undă și/sau sincronizarea emisiei - pot funcționa ca un bit cuantic de informație, sau "qubit", pentru calculul cuantic și comunicare. Și pentru că acest qubit este transportat de un foton, se deplasează cu viteza luminii.
„Prin vedere de pasăre a acestei cercetări este că, pentru a avea fezabil o rețea cuantică, trebuie să avem modalități de a fi sigure. crearea, operarea, stocarea și transmiterea qubiților”, a spus autoarea principală Adina Ripin, doctorand la fizică UW. „Fotonii sunt o alegere naturală pentru transmiterea acestei informații cuantice, deoarece fibrele optice ne permit să transportăm fotoni la distanțe lungi la viteze mari, cu pierderi reduse de energie sau informații.”
Cercetătorii lucrau cu excitoni pentru a creați un singur emițător de fotoni, sau „emițător cuantic”, care este o componentă critică pentru tehnologiile cuantice bazate pe lumină și optică. Pentru a face acest lucru, echipa a plasat două straturi subțiri de atomi de tungsten și seleniu, cunoscute sub numele de diselenură de wolfram, unul peste altul.
Când cercetătorii au aplicat un puls precis de lumină laser, au lovit o diselenură de tungsten. electronul atomului departe de nucleu, ceea ce a generat o cvasiparticulă de exciton. Fiecare exciton a constat dintr-un electron încărcat negativ pe un strat de diselenură de wolfram și o gaură încărcată pozitiv unde electronul se afla pe celălalt strat. Și pentru că sarcinile opuse se atrag reciproc, electronul și gaura din fiecare exciton au fost strâns legate între ele. După o scurtă clipă, când electronul a căzut înapoi în gaura pe care o ocupa anterior, excitonul a emis un singur foton codificat cu informații cuantice - producând emițătorul cuantic pe care echipa a căutat să-l creeze.
Dar echipa a descoperit că atomii de diselenid de wolfram emiteau un alt tip de cvasiparticule, cunoscut sub numele de fonon. Fononii sunt un produs al vibrației atomice, care este similară cu respirația. Aici, cele două straturi atomice ale diselenidei de wolfram au acționat ca niște niște tobe minuscule care vibrează unul față de celălalt, ceea ce a generat fononi. Este pentru prima dată când fononii au fost observați într-un singur emițător de fotoni în acest tip de sistem atomic bidimensional.
Când cercetătorii au măsurat spectrul luminii emise, au observat mai multe vârfuri la distanță egală. Fiecare foton emis de un exciton a fost cuplat cu unul sau mai mulți fononi. Acest lucru este oarecum asemănător cu urcarea pe o scară de energie cuantică pe rând, iar pe spectru, aceste vârfuri de energie au fost reprezentate vizual de vârfurile egal distanțate.
„Un fonon este vibrația cuantică naturală a material diselenid de wolfram și are efectul de a întinde pe verticală perechea electron-gaură de exciton care se află în cele două straturi", a spus Li, care este, de asemenea, membru al comitetului de conducere pentru QuantumX al UW și este membru al facultății. Institutul pentru Sisteme Nano-Inginerie. „Acest lucru are un efect remarcabil de puternic asupra proprietăților optice ale fotonului emis de exciton, care nu a fost niciodată raportat înainte.”
Cercetătorii au fost curioși dacă ar putea valorifica fononii pentru tehnologia cuantică. Au aplicat tensiune electrică și au văzut că pot varia energia de interacțiune a fononilor asociați și a fotonilor emiși. Aceste variații au fost măsurabile și controlabile în moduri relevante pentru codificarea informațiilor cuantice într-o singură emisie de fotoni și toate acestea au fost realizate într-un singur sistem integrat - un dispozitiv care a implicat doar un număr mic de atomi.
În continuare, planurile echipei. pentru a construi un ghid de undă - fibre pe un cip care captează emisiile de un singur foton și le direcționează acolo unde trebuie să meargă - și apoi să extindă sistemul. În loc să controleze doar un emițător cuantic la un moment dat, echipa vrea să poată controla mai mulți emițători și stările fononilor asociate acestora. Acest lucru va permite emițătorilor cuantici să „vorbească” între ei, un pas către construirea unei baze solide pentru circuitele cuantice.
„Obiectivul nostru general este să creăm un sistem integrat cu emițători cuantici care să poată folosi fotoni unici. trecând prin circuite optice și prin fononii recent descoperiți pentru a face calcul cuantic și detecție cuantică”, a spus Li. „Acest avans va contribui cu siguranță la acest efort și ajută la dezvoltarea în continuare a calculului cuantic care, în viitor, va avea multe aplicații.”
Alți coautori sunt Ruoming Peng, Xiaowei Zhang, Srivatsa Chakravarthi , Minhao He, Xiaodong Xu, Kai-Mei Fu și Ting Cao.
Comentarii:
Adauga Comentariu