Σχεδόν μονοπολικοί παλμοί λέιζερ θα μπορούσαν να ελέγξουν το qubits PlatoBlockchain Data Intelligence. Κάθετη αναζήτηση. Ολα συμπεριλαμβάνονται.

Σχεδόν μονοπολικοί παλμοί λέιζερ θα μπορούσαν να ελέγξουν τα qubits

Οι φυσικοί έχουν δημιουργήσει ένα κύμα φωτός που είναι ουσιαστικά μονοπολικό, που σημαίνει ότι συμπεριφέρεται σαν να είναι μόνο ένας παλμός θετικού πεδίου και όχι η συνηθισμένη θετική-αρνητική ταλάντωση που βρίσκεται στα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Ο θετικός παλμός έχει μια απότομη κορυφή και υψηλό πλάτος και είναι αρκετά ισχυρός για να αλλάζει ή να μετακινεί ηλεκτρονικές καταστάσεις, πράγμα που σημαίνει ότι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να χειριστεί κβαντικές πληροφορίες και ίσως να επιταχύνει και τους συμβατικούς υπολογιστές.

Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, και ιδιαίτερα οι παλμοί φωτός, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εναλλαγή, τον χαρακτηρισμό και τον έλεγχο ηλεκτρονικών κβαντικών καταστάσεων με απίστευτη ακρίβεια, εξηγούν οι επικεφαλής της ομάδας Mackillo Kira και Ρούπερτ Χούμπερ του Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν στις ΗΠΑ και την Πανεπιστήμιο του Regensburg στη Γερμανία. Ωστόσο, το σχήμα τέτοιων παλμών περιορίζεται θεμελιωδώς σε έναν συνδυασμό θετικών και αρνητικών ταλαντώσεων που αθροίζονται στο μηδέν. Ως αποτέλεσμα, ο θετικός κύκλος μπορεί να μετακινήσει τους φορείς φορτίου (ηλεκτρόνια ή οπές), αλλά στη συνέχεια ο αρνητικός κύκλος τους τραβάει πίσω στο τετράγωνο.

Η θετική κορυφή είναι αρκετά ισχυρή για εναλλαγή ή μετακίνηση ηλεκτρονικών καταστάσεων

Ένας ιδανικός παλμός κβαντικού-ηλεκτρονικού διακόπτη θα ήταν τόσο πολύ ασύμμετρος ώστε να είναι εντελώς μονής κατεύθυνσης – με άλλα λόγια, θα περιείχε μόνο έναν θετικό (ή αρνητικό) μισό κύκλο ταλάντωσης πεδίου. Υπό αυτές τις συνθήκες, ένας τέτοιος παλμός θα μπορούσε να ανατρέψει μια κβαντική κατάσταση, όπως ένα κβαντικό bit, σε ελάχιστο χρόνο (μισό κύκλο) και με μέγιστη απόδοση (χωρίς ταλαντώσεις μπρος-πίσω).

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

Αυτό είναι θεμελιωδώς αδύνατο για κύματα που διαδίδονται ελεύθερα, αλλά ο Kira, ο Huber και οι συνεργάτες του βρήκαν έναν τρόπο να δημιουργήσουν το «επόμενο καλύτερο πράγμα» με τη μορφή ενός οιονεί μονοπολικού κύματος που αποτελείται από μια πολύ σύντομη, υψηλού πλάτους θετική κορυφή μεταξύ δύο μεγάλες αρνητικές κορυφές χαμηλού πλάτους. «Η θετική κορυφή είναι αρκετά ισχυρή για να αλλάξει ή να μετακινήσει ηλεκτρονικές καταστάσεις», εξηγούν οι Kira και Huber, «ενώ οι αρνητικές κορυφές είναι πολύ μικρές για να έχουν μεγάλο αποτέλεσμα».

Στην εργασία τους, οι ερευνητές ξεκίνησαν με μια νέα στοίβα νανοφίλμ κατασκευασμένη από διαφορετικά υλικά ημιαγωγών, όπως το αρσενίδιο του γαλλίου του ινδίου (InGaAs) που αναπτύχθηκε επιταξιακά σε αντιμονίδιο αρσενιδίου του γαλλίου (GaAsSb). Κάθε ένα από τα νανοφίλμ έχει πάχος μόνο μερικά άτομα και στη διεπαφή μεταξύ τους, οι υπερμικροί παλμοί λέιζερ μπορούν να διεγείρουν ηλεκτρόνια κυρίως στο φιλμ InGaAs. Οι οπές που αφήνουν πίσω τα διεγερμένα ηλεκτρόνια παραμένουν στο φιλμ GaAsSb, δημιουργώντας έναν διαχωρισμό φορτίου.

Αποτελεσματικοί παλμοί φωτός μισού κύκλου

«Στη συνέχεια χρησιμοποιήσαμε την κβαντική-θεωρητική μας ανακάλυψη για την εκμετάλλευση της ηλεκτροστατικής έλξης μεταξύ των αντίθετα φορτισμένων ηλεκτρονίων και των οπών για να τα τραβήξουμε πίσω μαζί με έναν επακριβώς ελεγχόμενο τρόπο», λέει η Kira. Κόσμος Φυσικής. «Η γρήγορη φόρτιση και οι πιο αργές ταλαντώσεις φορτίου σε συνδυασμό εξέπεμψαν το μονοπολικό κύμα που προσαρμόσαμε ως αποτελεσματικούς παλμούς φωτός μισού κύκλου στο τμήμα υπερύθρων και terahertz του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος».

Ο Huber περιγράφει την προκύπτουσα εκπομπή terahertz ως «εκπληκτικά μονοπολική», με το μοναδικό θετικό μισό κύκλο να κορυφώνεται περίπου τέσσερις φορές υψηλότερο από τις δύο αρνητικές κορυφές. Ενώ οι ερευνητές εργάζονται για μεγάλο χρονικό διάστημα για την παραγωγή παλμών φωτός με όλο και λιγότερους κύκλους ταλάντωσης, η δυνατότητα δημιουργίας παλμών terahertz τόσο σύντομων που ουσιαστικά περιλαμβάνουν λιγότερο από έναν κύκλο μισής ταλάντωσης ήταν, προσθέτει, «πέρα από τα τολμηρά μας όνειρα. ".

Οι Kira και Huber λένε ότι αυτά τα μονοπολικά πεδία terahertz θα μπορούσαν να είναι ένα ισχυρό εργαλείο για τον έλεγχο νέων κβαντικών υλικών σε χρονικές κλίμακες που είναι συγκρίσιμες με τη μικροσκοπική ηλεκτρονική κίνηση. Οι ερευνητές προτείνουν ότι τα πεδία θα μπορούσαν επίσης να χρησιμεύσουν ως ανώτερα, καλά καθορισμένα «ρολόγια» για υπερταχεία ηλεκτρονικά επόμενης γενιάς. Τέλος, οι νέοι πομποί είναι, ισχυρίζονται, «τέλεια προσαρμοσμένοι» για να λειτουργούν σε συνδυασμό με λέιζερ στερεάς κατάστασης υψηλής ισχύος βιομηχανικής ποιότητας και θα μπορούσαν έτσι να αποτελέσουν «μια εξαιρετικά επεκτάσιμη πλατφόρμα για εφαρμογές τόσο στη θεμελιώδη επιστήμη όσο και στη βιομηχανία».

Οι ερευνητές, που αναφέρουν την εργασία τους στο Φως: Επιστήμη & Εφαρμογές, λένε ότι έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούν αυτούς τους παλμούς για να εξερευνήσουν νέες πλατφόρμες για την κβαντική επεξεργασία πληροφοριών. «Άλλες εφαρμογές περιλαμβάνουν τη σύζευξη αυτών των παλμών σε ένα μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας, το οποίο μας επιτρέπει να επιταχύνουμε το μικροσκόπιο ατομικής ανάλυσης σε χρονικές κλίμακες λίγων femtosecond (1 fs = 10-15 s), και έτσι καταγράψτε την κίνηση των ηλεκτρονίων σε πραγματικό χώρο και χρόνο σε πραγματικά μικροσκοπικά βίντεο εξαιρετικά αργής κίνησης», εξηγούν.

Ο ορθοστάτης Σχεδόν μονοπολικοί παλμοί λέιζερ θα μπορούσαν να ελέγξουν τα qubits εμφανίστηκε για πρώτη φορά σε Κόσμος Φυσικής.

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Κόσμος Φυσικής