Nära unipolära laserpulser kan styra qubits PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikal sökning. Ai.

Nära unipolära laserpulser kan styra qubits

Tidsstämpel: 1 juli 2022 5:00

Fysiker har skapat en ljusvåg som är effektivt unipolär, vilket betyder att den beter sig som om den bara är en positiv fältpuls snarare än den vanliga positiva-negativa oscillationen som finns i elektromagnetiska vågor. Den positiva pulsen har en skarp topp och hög amplitud och är tillräckligt kraftfull för att växla eller flytta elektroniska tillstånd, vilket innebär att den kan användas för att manipulera kvantinformation och kanske även accelerera konventionell beräkning.

Elektromagnetiska vågor, och i synnerhet ljuspulser, kan användas för att växla, karakterisera och kontrollera elektroniska kvanttillstånd med otrolig noggrannhet, förklarar gruppledare Mackillo Kira och Rupert Huber av University of Michigan i USA och Universitetet i Regensburg i Tyskland. Formen på sådana pulser är emellertid i grunden begränsad till en kombination av positiva och negativa svängningar som summerar till noll. Som ett resultat kan den positiva cykeln flytta laddningsbärare (elektroner eller hål), men sedan drar den negativa cykeln tillbaka dem till ruta ett.

Positiv topp är tillräckligt stark för att byta eller flytta elektroniska tillstånd

En idealisk kvantelektronisk switchpuls skulle vara så mycket asymmetrisk att den är helt enkelriktad – med andra ord skulle den bara innehålla en positiv (eller negativ) halvcykel av fältsvängning. Under dessa förhållanden kan en sådan puls vända ett kvanttillstånd, såsom en kvantbit, på minimal tid (en halv cykel) och med maximal effektivitet (inga fram-och-tillbaka-svängningar).

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

Detta är i grunden omöjligt för fritt spridande vågor, men Kira, Huber och kollegor hittade ett sätt att skapa "näst bästa" i form av en kvasi-unipolär våg bestående av en mycket kort, hög amplitud positiv topp inklämd mellan två långa negativa toppar med låg amplitud. "Den positiva toppen är tillräckligt stark för att byta eller flytta elektroniska tillstånd", förklarar Kira och Huber, "medan de negativa topparna är för små för att ha stor effekt."

I sitt arbete började forskarna med en nyutvecklad stapel nanofilmer gjorda av olika halvledarmaterial, till exempel indiumgalliumarsenid (InGaAs) som odlades epitaxiellt på galliumarsenidantimonid (GaAsSb). Var och en av nanofilmerna är bara några få atomer tjocka, och vid gränssnittet mellan dem kan ultrakorta laserpulser excitera elektroner främst i InGaAs-filmen. Hålen som lämnas efter av de exciterade elektronerna förblir i GaAsSb-filmen, vilket skapar en laddningsseparation.

Effektiva halvcykelljuspulser

"Vi använde sedan vårt kvantteoretiska genombrott för att utnyttja den elektrostatiska attraktionen mellan de motsatt laddade elektronerna och hålen för att dra ihop dem igen på ett exakt kontrollerat sätt," berättar Kira Fysikvärlden. "Den snabba laddningen och långsammare laddningssvängningar i kombination utsände den unipolära vågen som vi skräddarsydda som effektiva halvcykelljuspulser i den långt infraröda och terahertzdelen av det elektromagnetiska spektrumet."

Huber beskriver den resulterande terahertz-emissionen som "häpnadsväckande unipolär", med den enda positiva halvcykeln som toppar ungefär fyra gånger högre än de två negativa topparna. Medan forskare har arbetat länge med att producera ljuspulser med färre och färre svängningscykler, var möjligheten att generera terahertz-pulser så korta att de effektivt omfattar mindre än en enda halvsvängningscykel, tillägger han, "bortom våra djärva drömmar ”.

Kira och Huber säger att dessa unipolära terahertzfält kan vara ett kraftfullt verktyg för att kontrollera nya kvantmaterial på tidsskalor som är jämförbara med mikroskopisk elektronisk rörelse. Forskarna föreslår att fälten också kan fungera som överlägsna, väldefinierade "urverk" för nästa generations ultrasnabb elektronik. Slutligen, de nya sändarna är, hävdar de, "perfekt anpassade" för att fungera i kombination med industriklassade högeffekts solid state-lasrar och kan därmed utgöra "en extremt skalbar plattform för tillämpningar inom både grundläggande vetenskap och industri".

Forskarna, som rapporterar sitt arbete i Ljus: Vetenskap och applikationer, säger att de har börjat använda dessa pulser för att utforska nya plattformar för bearbetning av kvantinformation. "Andra applikationer inkluderar att koppla dessa pulser till ett skanningstunnelmikroskop, vilket gör att vi kan påskynda atomupplösningsmikroskopi till några femtosekunders tidsskalor (1 fs = 10)-15 s), och på så sätt fånga elektronernas rörelse i realtid och rum i verkliga mikroskopiska videor med ultraslow motion”, förklarar de.

Posten Nära unipolära laserpulser kan styra qubits visades först på Fysikvärlden.

Tidsstämpel:

Mer från Fysikvärlden