Nær-unipolære laserimpulser kunne styre qubits PlatoBlockchain Data Intelligence. Lodret søgning. Ai.

Nær-unipolære laserimpulser kunne styre qubits

Tidsstempel: 1. juli 2022 kl. 5

Fysikere har skabt en lysbølge, der effektivt er unipolær, hvilket betyder, at den opfører sig, som om den udelukkende er en positiv feltimpuls i stedet for den sædvanlige positiv-negative svingning, der findes i elektromagnetiske bølger. Den positive puls har en skarp top og høj amplitude og er kraftig nok til at skifte eller flytte elektroniske tilstande, hvilket betyder, at den kan bruges til at manipulere kvanteinformation og måske også accelerere konventionel databehandling.

Elektromagnetiske bølger, og især lysimpulser, kan bruges til at skifte, karakterisere og kontrollere elektroniske kvantetilstande med utrolig nøjagtighed, forklarer teamledere Mackillo Kira , Rupert Huber af University of Michigan i USA og Universitetet i Regensburg i Tyskland. Imidlertid er formen af ​​sådanne impulser grundlæggende begrænset til en kombination af positive og negative svingninger, der summerer til nul. Som et resultat kan den positive cyklus flytte ladningsbærere (elektroner eller huller), men så trækker den negative cyklus dem tilbage til udgangspunktet.

Positiv peak er stærk nok til at skifte eller flytte elektroniske tilstande

En ideel kvanteelektronisk switch-impuls ville være så meget asymmetrisk, at den er fuldstændig ensrettet - med andre ord ville den kun indeholde en positiv (eller negativ) halvcyklus af feltoscillation. Under disse forhold kunne en sådan puls vende en kvantetilstand, såsom en kvantebit, på minimum tid (en halv cyklus) og med maksimal effektivitet (ingen frem-og-tilbage-svingninger).

googletag.cmd.push (funktion () {googletag.display ('div-gpt-ad-3759129-1');});

Dette er grundlæggende umuligt for frit udbredende bølger, men Kira, Huber og kolleger fandt en måde at skabe den "næstbedste ting" i form af en kvasi-unipolær bølge bestående af en meget kort, høj amplitude positiv top klemt mellem to lange negative toppe med lav amplitude. "Den positive top er stærk nok til at skifte eller flytte elektroniske tilstande," forklarer Kira og Huber, "mens de negative toppe er for små til at have meget af en effekt."

I deres arbejde startede forskerne med en nyudviklet stak af nanofilm lavet af forskellige halvledermaterialer, såsom indium gallium arsenid (InGaAs), der blev dyrket epitaksialt på gallium arsenid antimonid (GaAsSb). Hver af nanofilmene er kun nogle få atomer tykke, og ved grænsefladen mellem dem kan ultrakorte laserimpulser excitere elektroner hovedsageligt i InGaAs-filmen. Hullerne efterladt af de exciterede elektroner forbliver i GaAsSb-filmen, hvilket skaber en ladningsadskillelse.

Effektive halv-cyklus lysimpulser

"Derefter gjorde vi brug af vores kvanteteoretiske gennembrud i at udnytte den elektrostatiske tiltrækning mellem de modsat ladede elektroner og huller til at trække dem sammen igen på en præcis kontrolleret måde," fortæller Kira Fysik verden. "Den hurtige opladning og langsommere ladningsoscillationer tilsammen udsendte den unipolære bølge, som vi skræddersyede som effektive halvcyklus-lysimpulser i den langt-infrarøde og terahertz-del af det elektromagnetiske spektrum."

Huber beskriver den resulterende terahertz-emission som "forbløffende unipolær", hvor den enkelte positive halvcyklus topper omkring fire gange højere end de to negative toppe. Mens forskere længe har arbejdet på at producere lysimpulser med færre og færre oscillationscyklusser, var muligheden for at generere terahertz-impulser så korte, at de effektivt omfatter mindre end en enkelt halvsvingningscyklus, tilføjer han, "ud over vores dristige drømme ”.

Kira og Huber siger, at disse unipolære terahertz-felter kunne være et kraftfuldt værktøj til at kontrollere nye kvantematerialer på tidsskalaer, der kan sammenlignes med mikroskopisk elektronisk bevægelse. Forskerne foreslår, at felterne også kan tjene som overlegne, veldefinerede "urværker" for næste generations ultrahurtige elektronik. Endelig hævder de, at de nye emittere er "perfekt tilpasset" til at fungere i kombination med industri-grade high-power solid-state lasere og kan således udgøre "en ekstremt skalerbar platform til applikationer i både grundlæggende videnskab og industri".

Forskerne, der rapporterer deres arbejde i Lys: Videnskab og applikationer, siger, at de er begyndt at bruge disse impulser til at udforske nye platforme til kvanteinformationsbehandling. "Andre applikationer inkluderer kobling af disse pulser til et scanningstunnelmikroskop, som giver os mulighed for at fremskynde atomopløsningsmikroskopi til få femtosekunders tidsskalaer (1 fs = 10-15 s), og dermed indfange elektronernes bevægelse i real-rum og -tid i faktiske ultraslow-motion mikroskopiske videoer,” forklarer de.

Stillingen Nær-unipolære laserimpulser kunne styre qubits dukkede først på Fysik verden.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden