Các xung laser gần đơn cực có thể điều khiển qubit PlatoBlockchain Data Intelligence. Tìm kiếm dọc. Ái.

Các xung laser gần đơn cực có thể điều khiển qubit

Dấu thời gian: 1:2022 sáng ngày 5 tháng 00 năm XNUMX

Các nhà vật lý vừa tạo ra một sóng ánh sáng thực tế là đơn cực, nghĩa là nó hành xử như thể nó chỉ là một xung trường dương chứ không phải là dao động dương-âm thông thường thấy trong sóng điện từ. Xung dương có đỉnh nhọn, biên độ cao và đủ mạnh để chuyển đổi hoặc di chuyển các trạng thái điện tử, nghĩa là nó có thể được sử dụng để thao tác thông tin lượng tử và có lẽ còn tăng tốc cả tính toán thông thường.

Các lãnh đạo nhóm giải thích: Sóng điện từ và đặc biệt là các xung ánh sáng có thể được sử dụng để chuyển đổi, mô tả và kiểm soát các trạng thái lượng tử điện tử với độ chính xác đáng kinh ngạc. Mackillo Kira và Rupert Huber của Đại học Michigan ở Mỹ và Đại học Regensburg ở Đức. Tuy nhiên, hình dạng của các xung như vậy về cơ bản bị hạn chế ở sự kết hợp của các dao động dương và âm có tổng bằng không. Kết quả là, chu kỳ dương có thể di chuyển các hạt mang điện (electron hoặc lỗ trống), nhưng sau đó chu kỳ âm sẽ kéo chúng trở lại hình vuông.

Đỉnh dương đủ mạnh để chuyển đổi hoặc di chuyển trạng thái điện tử

Một xung chuyển mạch lượng tử-điện tử lý tưởng sẽ có tính bất đối xứng cao đến mức hoàn toàn một chiều – nói cách khác, nó sẽ chỉ chứa một nửa chu kỳ dương (hoặc âm) của dao động trường. Trong những điều kiện này, một xung như vậy có thể chuyển đổi trạng thái lượng tử, chẳng hạn như bit lượng tử, trong thời gian tối thiểu (nửa chu kỳ) và với hiệu suất tối đa (không có dao động qua lại).

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

Điều này về cơ bản là không thể đối với các sóng truyền tự do, nhưng Kira, Huber và các đồng nghiệp đã tìm ra cách tạo ra “điều tốt nhất tiếp theo” ở dạng sóng gần như đơn cực bao gồm một đỉnh dương biên độ cao, rất ngắn kẹp giữa hai sóng. đỉnh âm dài, biên độ thấp. Kira và Huber giải thích: “Đỉnh dương đủ mạnh để chuyển đổi hoặc di chuyển các trạng thái điện tử, trong khi các đỉnh âm quá nhỏ để có nhiều tác động”.

Trong nghiên cứu của mình, các nhà nghiên cứu bắt đầu với một chồng màng nano mới được phát triển làm từ các vật liệu bán dẫn khác nhau, chẳng hạn như indium gallium arsenide (InGaAs) được nuôi cấy epitaxy trên gallium arsenide antimonide (GaAsSb). Mỗi màng nano chỉ dày vài nguyên tử và tại giao diện giữa chúng, các xung laser cực ngắn có thể kích thích các electron chủ yếu trong màng InGaAs. Các lỗ trống do các electron bị kích thích để lại vẫn còn trong màng GaAsSb, tạo ra sự phân tách điện tích.

Xung ánh sáng nửa chu kỳ hiệu dụng

Kira nói: “Sau đó, chúng tôi đã sử dụng bước đột phá về lý thuyết lượng tử của mình trong việc khai thác lực hút tĩnh điện giữa các electron và lỗ trống tích điện trái dấu để kéo chúng lại với nhau theo cách được kiểm soát chính xác”. Thế giới vật lý. “Sự kết hợp giữa dao động sạc nhanh và dao động điện tích chậm hơn đã phát ra sóng đơn cực mà chúng tôi đã điều chỉnh thành các xung ánh sáng nửa chu kỳ hiệu dụng ở phần hồng ngoại xa và terahertz của phổ điện từ.”

Huber mô tả sự phát xạ terahertz thu được là “đơn cực đáng kinh ngạc”, với đỉnh nửa chu kỳ dương duy nhất cao hơn khoảng bốn lần so với hai đỉnh âm. Trong khi các nhà nghiên cứu đã làm việc trong một thời gian dài để tạo ra các xung ánh sáng với chu kỳ dao động ngày càng ít hơn, thì khả năng tạo ra các xung terahertz ngắn đến mức chúng thực sự bao gồm ít hơn một nửa chu kỳ dao động, ông nói thêm, “vượt xa những giấc mơ táo bạo của chúng tôi”. ”.

Kira và Huber cho biết những trường terahertz đơn cực này có thể là một công cụ mạnh mẽ để điều khiển các vật liệu lượng tử mới trên thang thời gian tương đương với chuyển động điện tử vi mô. Các nhà nghiên cứu đề xuất rằng các trường này cũng có thể đóng vai trò là “bộ máy đồng hồ” ưu việt, được xác định rõ ràng cho các thiết bị điện tử cực nhanh thế hệ tiếp theo. Cuối cùng, họ tuyên bố rằng các bộ phát mới “thích nghi hoàn hảo” để hoạt động kết hợp với laser trạng thái rắn công suất cao cấp công nghiệp và do đó có thể tạo thành “một nền tảng cực kỳ có khả năng mở rộng cho các ứng dụng trong cả khoa học cơ bản và công nghiệp”.

Các nhà nghiên cứu, những người báo cáo công việc của họ trong Ánh sáng: Khoa học & Ứng dụng, cho biết họ đã bắt đầu sử dụng các xung này để khám phá các nền tảng mới để xử lý thông tin lượng tử. “Các ứng dụng khác bao gồm ghép các xung này vào kính hiển vi quét đường hầm, cho phép chúng tôi tăng tốc kính hiển vi có độ phân giải nguyên tử lên thang thời gian vài femto giây (1 fs = 10-15 s), và do đó ghi lại chuyển động trong không gian và thời gian thực của các electron trong các video hiển vi chuyển động siêu chậm thực tế,” họ giải thích.

Các bài viết Các xung laser gần đơn cực có thể điều khiển qubit xuất hiện đầu tiên trên Thế giới vật lý.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý