Lähes unipolaariset laserpulssit voisivat ohjata kubitteja

Fyysikot ovat luoneet valoaallon, joka on käytännössä yksinapainen, mikä tarkoittaa, että se käyttäytyy ikään kuin se olisi vain positiivinen kenttäpulssi tavallisen sähkömagneettisissa aalloissa esiintyvän positiivisen negatiivisen värähtelyn sijaan. Positiivisella pulssilla on terävä huippu ja korkea amplitudi, ja se on tarpeeksi tehokas sähköisten tilojen vaihtamiseen tai siirtämiseen, mikä tarkoittaa, että sitä voitaisiin käyttää kvanttiinformaation manipuloimiseen ja ehkä myös tavanomaisen laskennan nopeuttamiseen.

Sähkömagneettisia aaltoja ja erityisesti valopulsseja voidaan käyttää sähköisten kvanttitilojen vaihtamiseen, karakterisointiin ja ohjaamiseen uskomattomalla tarkkuudella, selittävät ryhmän johtajat. Mackillo Kira ja Rupert Huber että Michiganin yliopisto Yhdysvalloissa ja Regensburgin yliopisto Saksassa. Tällaisten pulssien muoto on kuitenkin pohjimmiltaan rajoitettu positiivisten ja negatiivisten värähtelyjen yhdistelmään, jonka summa on nolla. Tämän seurauksena positiivinen sykli voi siirtää varauksenkuljettajia (elektroneja tai reikiä), mutta sitten negatiivinen sykli vetää ne takaisin alkuperäiseen.

Positiivinen huippu on riittävän vahva sähköisten tilojen vaihtamiseen tai siirtämiseen

Ihanteellinen kvanttielektroninen kytkinpulssi olisi niin erittäin epäsymmetrinen, että se olisi täysin yksisuuntainen – toisin sanoen se sisältäisi vain positiivisen (tai negatiivisen) kentän värähtelyn puolijakson. Näissä olosuhteissa tällainen pulssi voisi kääntää kvanttitilan, kuten kvanttibitin, minimiajassa (puolijakso) ja suurimmalla tehokkuudella (ei edestakaisin värähtelyjä).

Tämä on pohjimmiltaan mahdotonta vapaasti eteneville aalloille, mutta Kira, Huber ja kollegat löysivät tavan luoda "seuraava paras asia" kvasi-unipolaarisen aallon muodossa, joka koostuu erittäin lyhyestä, suuren amplitudin positiivisesta huipusta kahden välissä. pitkät, matalan amplitudin negatiiviset piikit. "Positiivinen huippu on riittävän vahva sähköisten tilojen vaihtamiseen tai siirtämiseen", Kira ja Huber selittävät, "kun taas negatiiviset huiput ovat liian pieniä voidakseen vaikuttaa paljon."

Tutkijat aloittivat työssään äskettäin kehitetystä nanofilmien pinosta, joka oli valmistettu erilaisista puolijohdemateriaaleista, kuten indiumgalliumarsenidista (InGaAs), jota kasvatettiin epitaksiaalisesti galliumarsenidiantimonidilla (GaAsSb). Jokainen nanokalvo on vain muutaman atomin paksuinen, ja niiden välisellä rajapinnalla ultralyhyet laserpulssit voivat virittää elektroneja pääasiassa InGaAs-kalvossa. Kiihtyneiden elektronien jättämät reiät jäävät GaAsSb-kalvoon luoden varauserotuksen.

Tehokkaat puolijakson valopulssit

"Sitten hyödynsimme kvanttiteoreettista läpimurtoamme vastakkaisesti varautuneiden elektronien ja reikien välisen sähköstaattisen vetovoiman vetämiseksi takaisin yhteen tarkasti kontrolloidulla tavalla", Kira kertoo. Fysiikan maailma. "Nopea lataus ja hitaammat latauksen värähtelyt yhdessä lähettivät yksinapaisen aallon, jonka räätälöimme tehokkaiksi puolijakson valopulsseiksi sähkömagneettisen spektrin kauko-infrapuna- ja terahertsiosassa."

Huber kuvailee tuloksena olevaa terahertsisäteilyä "hämmästyttävän yksinapaiseksi", jolloin yksittäinen positiivinen puolijakso on noin neljä kertaa suurempi kuin kaksi negatiivista huippua. Vaikka tutkijat ovat jo pitkään työskennelleet valopulssien tuottamiseksi, joissa värähtelyjaksot vähenevät, mahdollisuus tuottaa niin lyhyitä terahertsipulsseja, että ne sisältävät tehokkaasti vähemmän kuin yhden puolivärähtelysyklin, oli hänen mukaansa "rohkeiden unelmiemme ulkopuolella ”.

Kira ja Huber sanovat, että nämä yksinapaiset terahertsikentät voisivat olla tehokas työkalu uusien kvanttimateriaalien ohjaamiseen mikroskooppiseen elektroniseen liikkeeseen verrattavissa olevalla aikaskaalalla. Tutkijat ehdottavat, että kentät voisivat toimia myös ylivoimaisina, hyvin määriteltyinä "kellokoneina" seuraavan sukupolven ultranopealle elektroniikalle. Lopuksi, uudet säteilijät ovat heidän mukaansa "täydellisesti mukautettuja" toimimaan yhdessä teollisuusluokan suuritehoisten solid-state-laserien kanssa ja voisivat siten muodostaa "erittäin skaalautuvan alustan sekä perustieteen että teollisuuden sovelluksille".

Tutkijat, jotka raportoivat työstään Valo: Tiede ja sovellukset, sanovat, että he ovat alkaneet käyttää näitä pulsseja tutkiakseen uusia alustoja kvanttitietojen käsittelyyn. "Muihin sovelluksiin kuuluu näiden pulssien kytkeminen pyyhkäisytunnelimikroskoopiksi, jonka avulla voimme nopeuttaa atomiresoluutiomikroskooppia muutaman femtosekunnin aika-asteikolla (1 fs = 10).^-15 s) ja siten vangita elektronien todellisen tilan ja ajan liikkeet todellisissa ultrahidastusmikroskooppisissa videoissa", he selittävät.

Viesti Lähes unipolaariset laserpulssit voisivat ohjata kubitteja ilmestyi ensin Fysiikan maailma.

• Coinsmart. Euroopan paras Bitcoin- ja kryptopörssi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. VAPAA PÄÄSY.
• CryptoHawk. Altcoinin tutka. Ilmainen kokeilu.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/near-unipolar-laser-pulses-could-control-qubits/