ほぼ単極のレーザーパルスが量子ビットを制御できる

物理学者は、事実上単極である光波を作成しました。つまり、電磁波に見られる通常の正負の振動ではなく、正のフィールドパルスのみであるかのように動作します。 正のパルスは鋭いピークと高振幅を持ち、電子状態を切り替えたり移動したりするのに十分強力です。つまり、量子情報を操作したり、従来のコンピューティングを加速したりするためにも使用できます。

電磁波、特に光パルスは、信じられないほどの精度で電子量子状態を切り替え、特性評価し、制御するために使用できます、とチームリーダーは説明します マッキロキラ & ルパート・フーバー 米国のミシガン大学 と ドイツのレーゲンスブルク大学。 ただし、このようなパルスの形状は、基本的に、合計がゼロになる正と負の振動の組み合わせに制限されます。 その結果、正のサイクルは電荷キャリア（電子または正孔）を移動させる可能性がありますが、負のサイクルはそれらを正方形に戻します。

正のピークは、電子状態を切り替えたり移動したりするのに十分な強さです

理想的な量子電子スイッチパルスは、完全に一方向になるほど非対称性が高くなります。つまり、フィールド振動の正（または負）の半サイクルのみが含まれます。 これらの条件下では、このようなパルスは、最小時間（半サイクル）で最大効率（前後の振動なし）で、量子ビットなどの量子状態を反転させる可能性があります。

これは自由に伝播する波では基本的に不可能ですが、Kira、Huberらは、XNUMXつの間に挟まれた非常に短い高振幅の正のピークからなる準単極波の形で「次善の策」を作成する方法を見つけました。長く、低振幅の負のピーク。 「正のピークは電子状態を切り替えたり移動したりするのに十分な強さですが、負のピークは小さすぎてあまり効果がありません」とキラとフーバーは説明します。

彼らの研究では、研究者たちは、ガリウムヒ素アンチモニド（GaAsSb）上にエピタキシャル成長させたインジウムガリウムヒ素（InGaAs）など、さまざまな半導体材料で作られた新しく開発されたナノフィルムのスタックから始めました。 各ナノフィルムの厚さはわずか数原子であり、それらの間の界面では、超短レーザーパルスが主にInGaAsフィルム内の電子を励起する可能性があります。 励起された電子によって残された正孔はGaAsSb膜に残り、電荷分離を引き起こします。

効果的な半サイクル光パルス

「次に、量子理論のブレークスルーを利用して、反対に帯電した電子と正孔の間の静電引力を利用して、正確に制御された方法でそれらを引き戻しました」とキラは言います。 物理学の世界。 「高速充電と低速充電の振動を組み合わせて、電磁スペクトルの遠赤外線とテラヘルツ部分で効果的な半サイクル光パルスとして調整した単極波を放出しました。」

Huberは、結果として生じるテラヘルツ放射を「驚くほど単極」と表現し、単一の正の半サイクルのピークはXNUMXつの負のピークの約XNUMX倍です。 研究者は、振動サイクルがますます少なくなる光パルスの生成に長い間取り組んできましたが、テラヘルツパルスを生成する可能性が非常に短いため、半振動サイクルがXNUMXつ未満であるという効果がありました。「私たちの大胆な夢を超えて」。

キラとフーバーは、これらの単極テラヘルツ場は、微視的な電子運動に匹敵する時間スケールで新しい量子材料を制御するための強力なツールになる可能性があると述べています。 研究者たちは、この分野が次世代の超高速電子機器の優れた、明確に定義された「時計仕掛け」としても役立つ可能性があることを示唆しています。 最後に、新しいエミッターは、業界グレードの高出力固体レーザーと組み合わせて動作するように「完全に適合」しているため、「基礎科学と業界の両方のアプリケーション向けの非常にスケーラブルなプラットフォーム」を形成できると彼らは主張しています。

で彼らの仕事を報告する研究者 光：科学と応用、彼らは量子情報処理のための新しいプラットフォームを探求するためにこれらのパルスを使い始めたと言います。 「他のアプリケーションには、これらのパルスを走査型トンネル顕微鏡に結合することが含まれます。これにより、原子分解能の顕微鏡を数フェムト秒の時間スケール（1 fs = 10）に高速化できます。^-15 s）、したがって、実際の超低速運動の顕微鏡ビデオで電子の実空間および時間運動をキャプチャします」と彼らは説明します。

ポスト ほぼ単極のレーザーパルスが量子ビットを制御できる 最初に登場した 物理学の世界.

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• ソース：https：//physicsworld.com/a/near-unipolar-laser-pulses-could-control-qubits/