Bijna unipolaire laserpulsen kunnen qubits PlatoBlockchain Data Intelligence aansturen. Verticaal zoeken. Ai.

Bijna-unipolaire laserpulsen kunnen qubits regelen

Tijdstempel: 1 juli 2022 5:00 uur

Natuurkundigen hebben een lichtgolf gecreëerd die in feite unipolair is, wat betekent dat hij zich gedraagt ​​alsof het uitsluitend een positieve veldpuls is, in plaats van de gebruikelijke positief-negatieve oscillatie die wordt aangetroffen in elektromagnetische golven. De positieve puls heeft een scherpe piek en hoge amplitude en is krachtig genoeg om elektronische toestanden te schakelen of te verplaatsen, wat betekent dat hij kan worden gebruikt om kwantuminformatie te manipuleren en misschien ook conventionele computergebruik te versnellen.

Elektromagnetische golven, en in het bijzonder lichtpulsen, kunnen worden gebruikt om elektronische kwantumtoestanden met ongelooflijke nauwkeurigheid te schakelen, karakteriseren en controleren, leggen teamleiders uit Mackillo Kira en Rupert Huber van de Universiteit van Michigan in de VS en Universiteit van Regensburg in Duitsland. De vorm van dergelijke pulsen is echter fundamenteel beperkt tot een combinatie van positieve en negatieve oscillaties die opgeteld nul zijn. Als gevolg hiervan kan de positieve cyclus ladingsdragers (elektronen of gaten) verplaatsen, maar vervolgens trekt de negatieve cyclus ze terug naar af.

De positieve piek is sterk genoeg om elektronische toestanden te veranderen of te verplaatsen

Een ideale kwantum-elektronische schakelpuls zou zo sterk asymmetrisch zijn dat hij volledig unidirectioneel zou zijn – met andere woorden, hij zou slechts een positieve (of negatieve) halve cyclus van veldoscillatie bevatten. Onder deze omstandigheden zou zo'n puls een kwantumtoestand, zoals een kwantumbit, kunnen omdraaien in minimale tijd (een halve cyclus) en met maximale efficiëntie (geen heen-en-weer-oscillaties).

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

Dit is fundamenteel onmogelijk voor vrij voortplantende golven, maar Kira, Huber en collega's hebben een manier gevonden om het 'next best thing' te creëren in de vorm van een quasi-unipolaire golf die bestaat uit een zeer korte positieve piek met hoge amplitude, ingeklemd tussen twee golven. lange negatieve pieken met lage amplitude. “De positieve piek is sterk genoeg om elektronische toestanden te veranderen of te verplaatsen,” leggen Kira en Huber uit, “terwijl de negatieve pieken te klein zijn om veel effect te hebben.”

In hun werk begonnen de onderzoekers met een nieuw ontwikkelde stapel nanofilms gemaakt van verschillende halfgeleidermaterialen, zoals indium galliumarsenide (InGaAs) dat epitaxiaal werd gekweekt op galliumarsenide antimonide (GaAsSb). Elk van de nanofilms is slechts een paar atomen dik, en op het grensvlak daartussen kunnen ultrakorte laserpulsen elektronen opwekken, voornamelijk in de InGaAs-film. De gaten die de aangeslagen elektronen achterlaten, blijven in de GaAsSb-film achter, waardoor een ladingsscheiding ontstaat.

Effectieve lichtpulsen van een halve cyclus

“Vervolgens hebben we gebruik gemaakt van onze kwantumtheoretische doorbraak in het benutten van de elektrostatische aantrekkingskracht tussen de tegengesteld geladen elektronen en gaten om ze op een nauwkeurig gecontroleerde manier weer bij elkaar te brengen”, vertelt Kira. Natuurkunde wereld. “De combinatie van snel opladen en langzamere ladingoscillaties zond de unipolaire golf uit die we hebben aangepast als effectieve lichtpulsen van een halve cyclus in het ver-infrarood- en terahertz-gedeelte van het elektromagnetische spectrum.”

Huber beschrijft de resulterende terahertz-emissie als “verbluffend unipolair”, waarbij de enkele positieve halve cycluspiek ongeveer vier keer hoger is dan de twee negatieve pieken. Hoewel onderzoekers al lange tijd werken aan het produceren van lichtpulsen met steeds minder oscillatiecycli, was de mogelijkheid om terahertzpulsen te genereren die zo kort zijn dat ze in feite minder dan een enkele halve oscillatiecyclus omvatten, “buiten onze gedurfde dromen.” ”.

Kira en Huber zeggen dat deze unipolaire terahertzvelden een krachtig hulpmiddel kunnen zijn voor het controleren van nieuwe kwantummaterialen op tijdschalen die vergelijkbaar zijn met microscopische elektronische beweging. De onderzoekers suggereren dat de velden ook zouden kunnen dienen als superieure, goed gedefinieerde ‘uurwerken’ voor ultrasnelle elektronica van de volgende generatie. Ten slotte zijn de nieuwe emitters, zo beweren zij, “perfect aangepast” om te werken in combinatie met krachtige vaste-stoflasers van industriële kwaliteit en zouden ze dus “een uiterst schaalbaar platform kunnen vormen voor toepassingen in zowel de fundamentele wetenschap als de industrie”.

De onderzoekers, die hun werk rapporteren in Licht: wetenschap en toepassingenzeggen dat ze deze pulsen zijn gaan gebruiken om nieuwe platforms voor kwantuminformatieverwerking te verkennen. “Andere toepassingen zijn onder meer het koppelen van deze pulsen aan een scanning tunneling microscoop, waarmee we microscopie met atomaire resolutie kunnen versnellen tot tijdschalen van enkele femtoseconden (1 fs = 10).-15 s), en zo de beweging van elektronen in real-space en tijd vastleggen in echte ultraslow-motion microscopische video’s”, leggen ze uit.

De post Bijna-unipolaire laserpulsen kunnen qubits regelen verscheen eerst op Natuurkunde wereld.

Tijdstempel:

Meer van Natuurkunde wereld