يمكن لنبضات الليزر شبه أحادية القطب التحكم في الكيوبتات

ابتكر الفيزيائيون موجة ضوئية أحادية القطب بشكل فعال ، مما يعني أنها تتصرف كما لو أنها نبضة مجال موجبة فقط بدلاً من التذبذب المعتاد الموجب - السلبي الموجود في الموجات الكهرومغناطيسية. النبضة الموجبة لها ذروة حادة وسعة عالية وهي قوية بما يكفي لتبديل أو تحريك الحالات الإلكترونية ، مما يعني أنه يمكن استخدامها لمعالجة المعلومات الكمومية وربما تسريع الحوسبة التقليدية أيضًا.

يمكن استخدام الموجات الكهرومغناطيسية ، ولا سيما النبضات الضوئية ، لتبديل الحالات الكمومية الإلكترونية وتوصيفها والتحكم فيها بدقة لا تُصدق ، كما أوضح قادة الفريق ماكيلو كيرا و روبرت هوبر ل جامعة ميشيغان في الولايات المتحدة و جامعة ريغنسبورغ في ألمانيا. ومع ذلك ، فإن شكل هذه النبضات يقتصر بشكل أساسي على مزيج من التذبذبات الموجبة والسالبة التي مجموعها صفر. نتيجة لذلك ، قد تحرك الدورة الموجبة حاملات الشحنة (إلكترونات أو ثقوب) ، ولكن بعد ذلك تسحبها الدورة السلبية إلى المربع الأول.

الذروة الإيجابية قوية بما يكفي لتبديل أو تحريك الحالات الإلكترونية

ستكون نبضة التبديل الإلكترونية الكمومية المثالية غير متناظرة للغاية بحيث تكون أحادية الاتجاه تمامًا - وبعبارة أخرى ، ستحتوي فقط على نصف دورة موجبة (أو سالبة) من تذبذب المجال. في ظل هذه الظروف ، يمكن لمثل هذه النبضة أن تقلب الحالة الكمومية ، مثل البت الكمي ، في أقل وقت (نصف دورة) وبأقصى قدر من الكفاءة (بدون تذبذبات ذهابًا وإيابًا).

يعد هذا مستحيلًا بشكل أساسي بالنسبة للموجات التي تنتشر بحرية ، لكن كيرا وهوبر وزملاؤهم وجدوا طريقة لإنشاء "أفضل شيء تالي" في شكل موجة شبه أحادية القطب تتكون من ذروة موجبة قصيرة جدًا وعالية السعة تقع بين اثنين قمم سلبية طويلة ومنخفضة السعة. يوضح كيرا وهوبر أن "الذروة الإيجابية قوية بما يكفي لتبديل أو تحريك الحالات الإلكترونية ، في حين أن القمم السلبية أصغر من أن يكون لها تأثير كبير."

في عملهم ، بدأ الباحثون بكومة مطورة حديثًا من الأغشية النانوية المصنوعة من مواد أشباه موصلات مختلفة ، مثل زرنيخيد الإنديوم الغاليوم (InGaAs) الذي نماه فوق المحور فوق أنتيمونيد زرنيخيد الغاليوم (GaAsSb). يبلغ سمك كل من الأغشية النانوية بضع ذرات فقط ، وعند السطح البيني بينهما ، يمكن لنبضات الليزر فائقة القصر أن تثير الإلكترونات بشكل رئيسي في فيلم InGaAs. تبقى الثقوب التي خلفتها الإلكترونات المثارة في فيلم GaAsSb ، مما يؤدي إلى فصل الشحنة.

نبضات ضوئية فعالة نصف دورة

يقول كيرا: "استفدنا بعد ذلك من الاختراق النظري الكمومي في استغلال التجاذب الكهروستاتيكي بين الإلكترونات ذات الشحنة المعاكسة والثقوب لسحبها معًا مرة أخرى بطريقة مضبوطة بدقة". عالم الفيزياء. "أدى الشحن السريع وتذبذبات الشحن الأبطأ معًا إلى إصدار الموجة أحادية القطب التي صممناها كنبضات ضوئية فعالة نصف دورة في جزء الأشعة تحت الحمراء البعيدة وجزء تيراهيرتز من الطيف الكهرومغناطيسي."

يصف هوبر انبعاث تيراهيرتز الناتج بأنه "أحادي القطب بشكل مذهل" ، مع ذروة نصف دورة موجبة واحدة أعلى بنحو أربع مرات من القمتين السلبيتين. بينما يعمل الباحثون لفترة طويلة على إنتاج نبضات ضوئية مع دورات تذبذب أقل وأقل ، فإن إمكانية توليد نبضات تيراهيرتز قصيرة جدًا بحيث تشكل أقل من دورة تذبذب نصف واحدة ، كما يضيف ، "تجاوزت أحلامنا الجريئة ".

يقول كيرا وهوبر إن حقول التيراهيرتز أحادية القطب هذه يمكن أن تكون أداة قوية للتحكم في المواد الكمومية الجديدة في مقاييس زمنية يمكن مقارنتها بالحركة الإلكترونية المجهرية. يقترح الباحثون أن الحقول يمكن أن تكون أيضًا بمثابة "ساعات عمل" متفوقة ومحددة جيدًا للجيل التالي من الإلكترونيات فائقة السرعة. وأخيرًا ، فإن البواعث الجديدة ، كما يزعمون ، "مهيأة تمامًا" للعمل جنبًا إلى جنب مع ليزر الحالة الصلبة عالي الطاقة من الدرجة الصناعية ، وبالتالي يمكن أن تشكل "منصة قابلة للتطوير للغاية للتطبيقات في كل من العلوم الأساسية والصناعة".

الباحثون الذين أبلغوا عن عملهم في الضوء: العلم والتطبيقات، يقولون إنهم بدأوا في استخدام هذه النبضات لاستكشاف منصات جديدة لمعالجة المعلومات الكمومية. "تتضمن التطبيقات الأخرى اقتران هذه النبضات بمجهر مسح نفقي ، مما يسمح لنا بتسريع الفحص المجهري بدقة الذرة إلى مقاييس زمنية قليلة فيمتوثانية (1 fs = 10^-15 s) ، وبالتالي التقاط الحركة في الفضاء الحقيقي والوقت للإلكترونات في مقاطع فيديو مجهرية فعلية ذات حركة بطيئة للغاية ، "يشرحون.

وظيفة يمكن لنبضات الليزر شبه أحادية القطب التحكم في الكيوبتات ظهرت للمرة الأولى على عالم الفيزياء.

• كوينسمارت. أفضل بورصة للبيتكوين والعملات المشفرة في أوروبا.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. دخول مجاني.
• كريبتوهوك. الرادار. تجربة مجانية.
• المصدر: https://physicsworld.com/a/near-unipolar-laser-pulses-could-control-qubits/