Niemal jednobiegunowe impulsy laserowe mogą kontrolować kubity

Fizycy stworzyli falę świetlną, która jest faktycznie jednobiegunowa, co oznacza, że ​​zachowuje się tak, jakby była wyłącznie dodatnim impulsem pola, a nie zwykłą dodatnio-ujemną oscylacją występującą w falach elektromagnetycznych. Dodatni impuls ma ostry szczyt i dużą amplitudę oraz jest wystarczająco silny, aby przełączać lub przesuwać stany elektroniczne, co oznacza, że ​​można go wykorzystać do manipulowania informacją kwantową i być może również przyspieszania konwencjonalnych obliczeń.

Fale elektromagnetyczne, a w szczególności impulsy świetlne, można wykorzystać do przełączania, charakteryzowania i kontrolowania elektronicznych stanów kwantowych z niewiarygodną dokładnością, wyjaśniają liderzy zespołów Mackillo Kira i Ruperta Hubera ukończenia Uniwersytet Michigan w USA oraz Uniwersytet w Regensburgu w Niemczech. Jednakże kształt takich impulsów jest zasadniczo ograniczony do kombinacji dodatnich i ujemnych oscylacji, których suma wynosi zero. W rezultacie cykl dodatni może przemieszczać nośniki ładunku (elektrony lub dziury), ale następnie cykl ujemny przyciąga je z powrotem do punktu wyjścia.

Dodatni szczyt jest wystarczająco silny, aby przełączać lub przesuwać stany elektroniczne

Idealny impuls przełączający kwantowo-elektroniczny byłby tak wysoce asymetryczny, że byłby całkowicie jednokierunkowy – innymi słowy zawierałby tylko dodatni (lub ujemny) półcykl oscylacji pola. W tych warunkach taki impuls może zmienić stan kwantowy, na przykład bit kwantowy, w minimalnym czasie (pół cyklu) i z maksymalną wydajnością (bez oscylacji tam i z powrotem).

Jest to zasadniczo niemożliwe w przypadku swobodnie rozchodzących się fal, ale Kira, Huber i współpracownicy znaleźli sposób na stworzenie „następnej najlepszej rzeczy” w postaci fali quasi-jednobiegunowej składającej się z bardzo krótkiego dodatniego szczytu o dużej amplitudzie, umieszczonego pomiędzy dwoma długie ujemne piki o niskiej amplitudzie. „Dodatni pik jest wystarczająco silny, aby przełączać lub przesuwać stany elektroniczne” – wyjaśniają Kira i Huber – „podczas gdy ujemne piki są zbyt małe, aby mieć większy wpływ”.

Swoją pracę badacze rozpoczęli od nowo opracowanego stosu nanofilmów wykonanych z różnych materiałów półprzewodnikowych, takich jak arsenek indu i galu (InGaAs), który hodowano epitaksjalnie na antymonku arsenku galu (GaAsSb). Każdy z nanofilmów ma grubość zaledwie kilku atomów, a na styku między nimi ultrakrótkie impulsy laserowe mogą wzbudzać elektrony głównie w warstwie InGaAs. Dziury pozostawione przez wzbudzone elektrony pozostają w warstwie GaAsSb, tworząc separację ładunków.

Efektywne impulsy świetlne w połowie cyklu

„Następnie wykorzystaliśmy nasz przełom w teorii kwantowej, wykorzystując przyciąganie elektrostatyczne między przeciwnie naładowanymi elektronami i dziurami, aby ponownie je złączyć w precyzyjnie kontrolowany sposób” – mówi Kira Świat Fizyki. „Połączenie szybkiego ładowania i wolniejszych oscylacji ładunku wyemitowało falę jednobiegunową, którą dostosowaliśmy jako efektywne impulsy świetlne w połowie cyklu w dalekiej podczerwieni i terahercowej części widma elektromagnetycznego”.

Huber opisuje powstałą emisję terahercową jako „zdumiewająco jednobiegunową”, przy czym pojedynczy dodatni półokres osiąga wartość szczytową około cztery razy wyższą niż dwa ujemne wartości szczytowe. Chociaż badacze od dawna pracowali nad wytwarzaniem impulsów świetlnych o coraz mniejszej liczbie cykli oscylacji, możliwość generowania impulsów terahercowych tak krótkich, że w rzeczywistości obejmowałyby mniej niż jeden cykl półoscylacji, „przekraczała nasze śmiałe marzenia” ”.

Kira i Huber twierdzą, że te jednobiegunowe pola terahercowe mogą być potężnym narzędziem do kontrolowania nowych materiałów kwantowych w skalach czasowych porównywalnych z mikroskopijnym ruchem elektronów. Naukowcy sugerują, że pola mogą również służyć jako doskonałe, dobrze zdefiniowane „mechanizmy zegarowe” dla ultraszybkiej elektroniki nowej generacji. Wreszcie, nowe emitery są, jak twierdzą, „doskonale przystosowane” do działania w połączeniu z przemysłowymi laserami na ciele stałym o dużej mocy, dzięki czemu mogą stworzyć „niezwykle skalowalną platformę do zastosowań zarówno w naukach podstawowych, jak i przemyśle”.

Badacze, którzy zgłaszają swoją pracę w: Światło: nauka i aplikacje, twierdzą, że zaczęli wykorzystywać te impulsy do badania nowych platform kwantowego przetwarzania informacji. „Inne zastosowania obejmują łączenie tych impulsów w skaningowym mikroskopie tunelowym, co pozwala nam przyspieszyć mikroskopię z rozdzielczością atomową do kilku femtosekundowych skal czasowych (1 fs = 10^-15 s), a tym samym uchwycić ruch elektronów w przestrzeni i czasie rzeczywistym w rzeczywistych mikroskopowych filmach ultraslow-motion” – wyjaśniają.

Post Niemal jednobiegunowe impulsy laserowe mogą kontrolować kubity pojawiła się najpierw na Świat Fizyki.

• Coinsmart. Najlepsza w Europie giełda bitcoinów i kryptowalut.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. DARMOWY DOSTĘP.
• CryptoJastrząb. Radar Altcoin. Bezpłatna wersja próbna.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/near-unipolar-laser-pulses-could-control-qubits/