פולסי לייזר כמעט חד-קוטביים יכולים לשלוט ב-Qubits PlatoBlockchain Data Intelligence. חיפוש אנכי. איי.

פולסי לייזר כמעט חד-קוטביים יכולים לשלוט בקיוביטים

חותמת זמן: 1 ביולי 2022 5:00

פיזיקאים יצרו גל אור שהוא למעשה חד קוטבי, כלומר הוא מתנהג כאילו הוא אך ורק דופק שדה חיובי ולא התנודה החיובית-שלילית הרגילה שנמצאת בגלים אלקטרומגנטיים. לפולס החיובי יש שיא חד ומשרעת גבוהה והוא חזק מספיק כדי להחליף או להזיז מצבים אלקטרוניים, כלומר ניתן להשתמש בו כדי לתפעל מידע קוונטי ואולי להאיץ גם את המחשוב הקונבנציונלי.

ניתן להשתמש בגלים אלקטרומגנטיים, ובפרט בפולסי אור, כדי להחליף, לאפיין ולשלוט במצבי קוונטים אלקטרוניים בדיוק מדהים, מסבירים ראשי צוותים מקיו קירה ו רופרט הובר של אוניברסיטת מישיגן בארה"ב ו אוניברסיטת רגנסבורג בגרמניה. עם זאת, הצורה של פולסים כאלה מוגבלת ביסודה לשילוב של תנודות חיוביות ושליליות המסכמות לאפס. כתוצאה מכך, המחזור החיובי עשוי להזיז נושאי מטען (אלקטרונים או חורים), אבל אז המחזור השלילי מושך אותם בחזרה לריבוע הראשון.

שיא חיובי חזק מספיק כדי להחליף או להזיז מצבים אלקטרוניים

דופק מתג קוונטי-אלקטרוני אידיאלי יהיה כל כך אסימטרי עד שיהיה חד-כיווני לחלוטין - במילים אחרות, הוא יכיל רק חצי מחזור חיובי (או שלילי) של תנודת שדה. בתנאים אלה, דופק כזה יכול להפוך מצב קוונטי, כמו סיבית קוונטית, במינימום זמן (חצי מחזור) וביעילות מקסימלית (ללא תנודות הלוך ושוב).

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

זה בלתי אפשרי ביסודו עבור גלים המתפשטים בחופשיות, אבל קירה, הובר ועמיתיו מצאו דרך ליצור את "הדבר הטוב הבא" בצורה של גל כמעט חד-קוטבי המורכב מפסגה חיובית קצרה מאוד, בעלת משרעת גבוהה, הדחוסה בין שניים. פסגות שליליות ארוכות עם משרעת נמוכה. "השיא החיובי חזק מספיק כדי להחליף או להזיז מצבים אלקטרוניים", מסבירים קירה והובר, "בעוד שהפסגות השליליות קטנות מכדי להשפיע רבות".

בעבודתם, החוקרים התחילו עם ערימה חדשה שפותחה של ננופילמים העשויים מחומרים מוליכים למחצה שונים, כגון אינדיום גליום ארסניד (InGaAs) שגודל אפיטקסיאלי על אנטימוניד גליום ארסניד (GaAsSb). עובי כל אחד מהננו-פילמים הוא רק כמה אטומים, ובממשק ביניהם, פולסי לייזר קצרים במיוחד יכולים לעורר אלקטרונים בעיקר בסרט ה-InGaAs. החורים שהותירו אחריהם האלקטרונים הנרגשים נשארים בסרט GaAsSb, ויוצרים הפרדת מטען.

פעימות אור אפקטיביות של חצי מחזור

"לאחר מכן השתמשנו בפריצת הדרך הקוונטית-תיאורטית שלנו בניצול המשיכה האלקטרוסטטית בין האלקטרונים הטעונים המנוגדים לחורים כדי למשוך אותם בחזרה יחד בצורה מבוקרת בדיוק", מספרת קירה עולם הפיזיקה. "הטעינה המהירה ותנודות המטען האיטיות יותר יחדיו פלטו את הגל החד-קוטבי שהתאמנו כפולסי אור יעילים של חצי מחזור בחלק האינפרא-אדום הרחוק והטרה-הרץ של הספקטרום האלקטרומגנטי".

הובר מתאר את פליטת הטרה-הרץ המתקבלת כ"חד-קוטבית להפליא", כאשר חצי המחזור החיובי היחיד מגיע לשיא בערך פי ארבעה משני הפסגות השליליות. בעוד שחוקרים עובדים במשך זמן רב על הפקת פולסי אור עם פחות ופחות מחזורי תנודה, האפשרות לייצר פולסי טרה-הרץ קצרים כל כך שהם למעשה כוללים פחות ממחזור חצי תנודה בודד הייתה, הוא מוסיף, "מעבר לחלומות הנועזים שלנו. ".

קירה והובר אומרים ששדות הטרה-הרץ החד-קוטביים הללו יכולים להיות כלי רב עוצמה לשליטה בחומרים קוונטיים חדשים בסקאלות זמן הדומות לתנועה אלקטרונית מיקרוסקופית. החוקרים מציעים שהשדות יכולים לשמש גם כ"שעון" מעולה ומוגדר היטב עבור הדור הבא של אלקטרוניקה מהירה במיוחד. לבסוף, הפולטות החדשות, לטענתם, "מותאמות בצורה מושלמת" לפעול בשילוב עם לייזרים מוצקים בדרגת הספק גבוה, ובכך יכולים להוות "פלטפורמה ניתנת להרחבה עבור יישומים הן במדע היסודי והן בתעשייה".

החוקרים המדווחים על עבודתם ב אור: מדע ויישומים, אומרים שהם החלו להשתמש בפולסים האלה כדי לחקור פלטפורמות חדשות לעיבוד מידע קוונטי. "יישומים אחרים כוללים צימוד פולסים אלה למיקרוסקופ מנהור סורק, המאפשר לנו להאיץ את המיקרוסקופיה ברזולוציה אטומית לסקלות זמן של כמה פמטשניות (1 fs = 10-15 s), וכך ללכוד את תנועת המרחב והזמן האמיתית של אלקטרונים בסרטוני וידאו מיקרוסקופיים בהילוך איטי ממשי", הם מסבירים.

ההודעה פולסי לייזר כמעט חד-קוטביים יכולים לשלוט בקיוביטים הופיע לראשונה ב עולם הפיזיקה.

בול זמן:

עוד מ עולם הפיזיקה