Impulsurile laser aproape unipolare ar putea controla qubiții

Fizicienii au creat o undă luminoasă care este efectiv unipolară, ceea ce înseamnă că se comportă ca și cum ar fi doar un impuls de câmp pozitiv, mai degrabă decât oscilația obișnuită pozitivă-negativă găsită în undele electromagnetice. Pulsul pozitiv are un vârf ascuțit și amplitudine mare și este suficient de puternic pentru a comuta sau a muta stările electronice, ceea ce înseamnă că ar putea fi folosit pentru a manipula informațiile cuantice și poate accelera și calculul convențional.

Undele electromagnetice, și în special impulsurile de lumină, pot fi folosite pentru a comuta, caracteriza și controla stările cuantice electronice cu o acuratețe incredibilă, explică liderii echipei Mackillo Kira și Rupert Huber a Universitatea din Michigan din SUA si Universitatea din Regensburg din Germania. Cu toate acestea, forma unor astfel de impulsuri este limitată fundamental la o combinație de oscilații pozitive și negative care se însumează la zero. Ca rezultat, ciclul pozitiv poate muta purtătorii de sarcină (electroni sau găuri), dar apoi ciclul negativ îi trage înapoi la punctul unu.

Vârful pozitiv este suficient de puternic pentru a comuta sau a muta stările electronice

Un impuls ideal de comutare electronică cuantică ar fi atât de asimetric încât să fie complet unidirecțional – cu alte cuvinte, ar conține doar o jumătate de ciclu pozitiv (sau negativ) de oscilație a câmpului. În aceste condiții, un astfel de impuls ar putea inversa o stare cuantică, cum ar fi un bit cuantic, în timp minim (o jumătate de ciclu) și cu eficiență maximă (fără oscilații înainte și înapoi).

Acest lucru este fundamental imposibil pentru undele care se propagă liber, dar Kira, Huber și colegii au găsit o modalitate de a crea „cel mai bun lucru următor” sub forma unei unde cvasi-unipolare constând dintr-un vârf pozitiv foarte scurt, de mare amplitudine, plasat între două vârfuri negative lungi, de amplitudine mică. „Vârful pozitiv este suficient de puternic pentru a comuta sau a muta stările electronice”, explică Kira și Huber, „în timp ce vârfurile negative sunt prea mici pentru a avea un efect mare.”

În munca lor, cercetătorii au început cu o stivă nou dezvoltată de nanofilme realizate din diferite materiale semiconductoare, cum ar fi arseniura de indiu galiu (InGaAs), care a fost crescută epitaxial pe antimoniură de arseniură de galiu (GaAsSb). Fiecare dintre nanofilme are o grosime de doar câțiva atomi, iar la interfața dintre ele, impulsurile laser ultrascurte pot excita electroni în principal în filmul InGaAs. Găurile lăsate în urmă de electronii excitați rămân în filmul GaAsSb, creând o separare a sarcinii.

Impulsuri de lumină eficiente în jumătate de ciclu

„Apoi am folosit descoperirea noastră teoretică cuantică în exploatarea atracției electrostatice dintre electronii încărcați opus și găurile pentru a le trage înapoi împreună într-un mod controlat cu precizie”, spune Kira. Lumea fizicii. „Încărcarea rapidă și oscilațiile de încărcare mai lente combinate au emis unda unipolară pe care am adaptat-o ​​ca impulsuri de lumină efective cu jumătate de ciclu în partea infraroșu îndepărtat și teraherți a spectrului electromagnetic.”

Huber descrie emisia rezultată în teraherți ca fiind „uimitor de unipolară”, cu un singur vârf de jumătate de ciclu pozitiv de aproximativ patru ori mai mare decât cele două vârfuri negative. În timp ce cercetătorii au lucrat de mult timp la producerea de impulsuri de lumină cu cicluri de oscilație din ce în ce mai puține, posibilitatea de a genera impulsuri de teraherți atât de scurte încât să cuprindă efectiv mai puțin de un singur ciclu de semi-oscilație a fost, adaugă el, „dincolo de visele noastre îndrăznețe. ”.

Kira și Huber spun că aceste câmpuri unipolare de teraherți ar putea fi un instrument puternic pentru controlul materialelor cuantice noi la scări de timp care sunt comparabile cu mișcarea electronică microscopică. Cercetătorii sugerează că câmpurile ar putea servi, de asemenea, drept „mecanisme” superioare, bine definite, pentru electronicele ultrarapide de generație următoare. În cele din urmă, noii emițători sunt, susțin ei, „perfect adaptați” pentru a funcționa în combinație cu lasere cu stare solidă de mare putere de calitate industrială și ar putea astfel forma „o platformă extrem de scalabilă pentru aplicații atât în ​​știința fundamentală, cât și în industrie”.

Cercetătorii, care își raportează munca în Lumina: Știință și aplicații, spun că au început să folosească aceste impulsuri pentru a explora noi platforme pentru procesarea informațiilor cuantice. „Alte aplicații includ cuplarea acestor impulsuri într-un microscop tunel de scanare, ceea ce ne permite să accelerăm microscopia cu rezoluție atomică la scale de timp de câteva femtosecunde (1 fs = 10^-15 s), și astfel captează mișcarea în spațiu real și în timp a electronilor în videoclipuri microscopice cu mișcare ultra-lentă”, explică ei.

Mesaj Impulsurile laser aproape unipolare ar putea controla qubiții a apărut în primul rând pe Lumea fizicii.

• Coinsmart. Cel mai bun schimb de Bitcoin și Crypto din Europa.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. ACCES LIBER.
• CryptoHawk. Radar Altcoin. Încercare gratuită.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/near-unipolar-laser-pulses-could-control-qubits/