Майже уніполярні лазерні імпульси можуть керувати кубітами

Фізики створили світлову хвилю, яка фактично є уніполярною, тобто вона поводиться так, ніби це лише позитивний імпульс поля, а не звичайне позитивно-негативне коливання, яке зустрічається в електромагнітних хвилях. Позитивний імпульс має гострий пік і високу амплітуду та є достатньо потужним, щоб перемикати або переміщувати електронні стани, що означає, що його можна використовувати для маніпулювання квантовою інформацією та, можливо, також прискорення звичайних обчислень.

Електромагнітні хвилі, зокрема світлові імпульси, можна використовувати для перемикання, характеристики та керування електронними квантовими станами з неймовірною точністю, пояснюють керівники команд Макілло Кіра та Руперт Губер в Мічиганський університет у США і Університет Регенсбурга в Німеччині. Однак форма таких імпульсів принципово обмежена комбінацією позитивних і негативних коливань, сума яких дорівнює нулю. У результаті позитивний цикл може переміщувати носії заряду (електрони або дірки), але потім негативний цикл повертає їх у початкове положення.

Позитивний пік достатньо сильний, щоб перемикати або переміщувати електронні стани

Ідеальний квантово-електронний імпульс перемикання був би настільки асиметричним, щоб бути повністю односпрямованим – іншими словами, він містив би лише позитивний (або негативний) півперіод коливань поля. За цих умов такий імпульс може перевернути квантовий стан, такий як квантовий біт, за мінімальний час (півперіод) і з максимальною ефективністю (без коливань вперед і назад).

Це принципово неможливо для хвиль, що вільно поширюються, але Кіра, Хубер та їхні колеги знайшли спосіб створити «наступну найкращу річ» у формі квазіуніполярної хвилі, що складається з дуже короткого позитивного піку високої амплітуди, затиснутого між двома довгі, низькоамплітудні негативні піки. «Позитивний пік достатньо сильний, щоб перемикати або переміщувати електронні стани, — пояснюють Кіра та Хубер, — тоді як негативні піки надто малі, щоб мати значний ефект».

У своїй роботі дослідники почали з нещодавно розробленого пакету наноплівок, виготовлених з різних напівпровідникових матеріалів, таких як арсенід індію-галію (InGaAs), який був вирощений епітаксіально на антимоніді арсеніду галію (GaAsSb). Кожна з наноплівок має товщину всього в кілька атомів, і на межі розділу між ними ультракороткі лазерні імпульси можуть збуджувати електрони головним чином у плівці InGaAs. Дірки, залишені збудженими електронами, залишаються в плівці GaAsSb, створюючи поділ зарядів.

Ефективні півперіоди світлових імпульсів

«Тоді ми використали наш квантово-теоретичний прорив у використанні електростатичного притягання між протилежно зарядженими електронами та дірками, щоб з’єднати їх разом точно контрольованим способом», — розповідає Кіра. Світ фізики. «Поєднання швидкого заряджання та повільніших коливань заряду випромінювало однополярну хвилю, яку ми створили як ефективні світлові імпульси з напівперіодом у дальній інфрачервоній та терагерцевій частині електромагнітного спектру».

Хубер описує результуюче випромінювання терагерцового діапазону як «приголомшливо однополярне», причому один позитивний напівперіод має пік приблизно в чотири рази вище, ніж два негативних піки. У той час як дослідники тривалий час працювали над створенням світлових імпульсів із дедалі меншою кількістю циклів коливань, можливість генерувати імпульси терагерцового діапазону, настільки короткі, що вони фактично містять менше одного циклу напівколивання, була, додає він, «за межами наших сміливих мрій». ”.

Кіра та Хубер кажуть, що ці уніполярні терагерцові поля можуть бути потужним інструментом для керування новими квантовими матеріалами в часових масштабах, які можна порівняти з мікроскопічним електронним рухом. Дослідники припускають, що поля також можуть служити кращими, чітко визначеними «годинниковими механізмами» для надшвидкої електроніки наступного покоління. Нарешті, нові випромінювачі, як вони стверджують, «ідеально адаптовані» для роботи в поєднанні з високопотужними твердотільними лазерами промислового класу і, таким чином, можуть сформувати «надзвичайно масштабовану платформу для застосування як у фундаментальній науці, так і в промисловості».

Дослідники, які звітують про свою роботу в Світло: наука та застосуваннякажуть, що вони почали використовувати ці імпульси для дослідження нових платформ квантової обробки інформації. «Інші програми включають введення цих імпульсів у скануючий тунельний мікроскоп, що дозволяє нам пришвидшити мікроскопію з атомною роздільною здатністю до кількох фемтосекундних масштабів часу (1 фс = 10^-15 s) і, таким чином, захоплюють рух електронів у реальному просторі та часі на справжніх ультраповільних мікроскопічних відео”, – пояснюють вони.

Повідомлення Майже уніполярні лазерні імпульси можуть керувати кубітами вперше з'явився на Світ фізики.

• Coinsmart. Найкраща в Європі біржа біткойн та криптовалют.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. БЕЗКОШТОВНИЙ ДОСТУП.
• CryptoHawk. Альткойн Радар. Безкоштовне випробування.
• Джерело: https://physicsworld.com/a/near-unipolar-laser-pulses-could-control-qubits/