Почти униполярные лазерные импульсы могут управлять кубитами

Физики создали световую волну, которая фактически является униполярной, что означает, что она ведет себя так, как будто это исключительно импульс положительного поля, а не обычное положительно-отрицательное колебание, характерное для электромагнитных волн. Положительный импульс имеет острый пик и большую амплитуду и достаточно мощен, чтобы переключать или перемещать электронные состояния, а это означает, что его можно использовать для манипулирования квантовой информацией и, возможно, также для ускорения обычных вычислений.

Электромагнитные волны и, в частности, световые импульсы можно использовать для переключения, характеристики и управления электронными квантовыми состояниями с невероятной точностью, объясняют руководители группы. Маккилло Кира и Руперт Хубер Мичиганский университет в США и Регенсбургский университет в Германии. Однако форма таких импульсов принципиально ограничена комбинацией положительных и отрицательных колебаний, сумма которых равна нулю. В результате положительный цикл может перемещать носители заряда (электроны или дырки), но затем отрицательный цикл возвращает их на круги своя.

Положительный пик достаточно силен, чтобы переключать или перемещать электронные состояния.

Идеальный импульс квантово-электронного переключения был бы настолько асимметричным, что был бы полностью однонаправленным — другими словами, он содержал бы только положительный (или отрицательный) полупериод колебаний поля. В этих условиях такой импульс может перевернуть квантовое состояние, такое как квантовый бит, за минимальное время (полупериод) и с максимальной эффективностью (отсутствие возвратно-поступательных колебаний).

Это принципиально невозможно для свободно распространяющихся волн, но Кира, Хубер и их коллеги нашли способ создать «следующую лучшую вещь» в виде квазиуниполярной волны, состоящей из очень короткого положительного пика высокой амплитуды, зажатого между двумя длинные низкоамплитудные отрицательные пики. «Положительный пик достаточно силен, чтобы переключать или перемещать электронные состояния, — объясняют Кира и Хубер, — в то время как отрицательные пики слишком малы, чтобы иметь большой эффект».

В своей работе исследователи начали с недавно разработанного пакета нанопленок, изготовленных из различных полупроводниковых материалов, таких как арсенид индия-галлия (InGaAs), который был выращен эпитаксиально на антимониде арсенида галлия (GaAsSb). Каждая из нанопленок имеет толщину всего в несколько атомов, и на границе между ними ультракороткие лазерные импульсы могут возбуждать электроны в основном в пленке InGaAs. Дырки, оставленные возбужденными электронами, остаются в пленке GaAsSb, создавая разделение зарядов.

Эффективные световые импульсы полупериода

«Затем мы использовали наш квантово-теоретический прорыв в использовании электростатического притяжения между противоположно заряженными электронами и дырками, чтобы сблизить их точно контролируемым образом», — говорит Кира. Мир физики. «Быстрая зарядка и более медленные колебания заряда вместе излучали униполярную волну, которую мы разработали как эффективные световые импульсы полупериода в дальней инфракрасной и терагерцовой частях электромагнитного спектра».

Хубер описывает результирующее терагерцовое излучение как «поразительно униполярное», с пиком одного положительного полупериода примерно в четыре раза выше, чем два отрицательных пика. В то время как исследователи долгое время работали над созданием световых импульсов со все меньшим и меньшим числом циклов колебаний, возможность генерировать терагерцовые импульсы настолько короткие, что они эффективно содержат менее одного полуцикла колебаний, добавляет он, «за пределами наших смелых мечтаний». ».

Кира и Хубер говорят, что эти униполярные терагерцовые поля могут стать мощным инструментом для управления новыми квантовыми материалами во временных масштабах, сравнимых с микроскопическим электронным движением. Исследователи предполагают, что поля могут также служить превосходными, четко определенными «часовыми механизмами» для сверхбыстрой электроники следующего поколения. Наконец, они утверждают, что новые излучатели «идеально адаптированы» для работы в сочетании с мощными твердотельными лазерами промышленного класса и, таким образом, могут сформировать «чрезвычайно масштабируемую платформу для приложений как в фундаментальной науке, так и в промышленности».

Исследователи, сообщающие о своей работе в Свет: наука и приложенияговорят, что они начали использовать эти импульсы для изучения новых платформ для квантовой обработки информации. «Другие приложения включают передачу этих импульсов в сканирующий туннельный микроскоп, что позволяет нам ускорить микроскопию с атомарным разрешением до нескольких фемтосекунд (1 фс = 10^-15 с) и, таким образом, запечатлеть движение электронов в реальном пространстве и времени в реальных сверхмедленных микроскопических видеороликах», — объясняют они.

сообщение Почти униполярные лазерные импульсы могут управлять кубитами Появившийся сначала на Мир физики.

• Коинсмарт. Лучшая в Европе биржа биткойнов и криптовалют.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. БЕСПЛАТНЫЙ ДОСТУП.
• КриптоХок. Альткоин Радар. Бесплатная пробная версия.
• Источник: https://physicsworld.com/a/near-unipolar-laser-pulses-could-control-qubits/