物理学家创造了一种实际上是单极的光波，这意味着它的行为就像纯粹的正场脉冲，而不是电磁波中常见的正负振荡。正脉冲具有尖锐的峰值和高振幅，并且强大到足以切换或移动电子状态，这意味着它可用于操纵量子信息，或许还可以加速传统计算。
团队负责人解释说，电磁波，特别是光脉冲，可用于以令人难以置信的精度切换、表征和控制电子量子态 马基洛·基拉 和 鲁珀特·休伯 的 美国密歇根大学 和 德国雷根斯堡大学。然而，此类脉冲的形状从根本上仅限于总和为零的正负振荡的组合。因此，正循环可能会移动电荷载流子（电子或空穴），但随后负循环会将它们拉回原点。
正峰值足够强以切换或移动电子状态
理想的量子电子开关脉冲将高度不对称，以至于完全单向——换句话说，它将仅包含场振荡的正（或负）半周期。在这些条件下，这样的脉冲可以在最短的时间（半个周期）内以最高的效率（无来回振荡）翻转量子态，例如量子位。
这对于自由传播的波来说基本上是不可能的，但 Kira、Huber 和同事找到了一种方法，以准单极波的形式创造“下一个最好的东西”，该准单极波由夹在两个波之间的非常短的高振幅正峰值组成。长的、低幅度的负峰。 “正峰的强度足以切换或移动电子态，”基拉和胡贝尔解释说，“而负峰则太小，无法产生太大的影响。”
在他们的工作中，研究人员从新开发的由不同半导体材料制成的纳米薄膜堆叠开始，例如在砷化镓锑（GaAsSb）上外延生长的砷化铟镓（InGaAs）。每个纳米薄膜只有几个原子厚，在它们之间的界面处，超短激光脉冲可以激发主要在InGaAs薄膜中的电子。激发电子留下的空穴保留在 GaAsSb 薄膜中，从而产生电荷分离。
有效半周期光脉冲
“然后，我们利用量子理论的突破，利用带相反电荷的电子和空穴之间的静电吸引力，以精确控制的方式将它们拉回到一起，”基拉说 物理世界。 “快速充电和较慢的充电振荡结合起来发出单极波，我们将其定制为电磁波谱的远红外和太赫兹部分的有效半周期光脉冲。”
Huber 将由此产生的太赫兹发射描述为“令人惊叹的单极”，单个正半周期峰值比两个负峰值高约四倍。他补充道，虽然研究人员长期以来一直致力于产生振荡周期越来越少的光脉冲，但产生如此短的太赫兹脉冲以使其有效地包含少于一个半振荡周期的可能性“超出了我们大胆的梦想” ”。
太赫兹光脉冲加速自旋切换
Kira 和 Huber 表示，这些单极太赫兹场可能成为在与微观电子运动相当的时间尺度上控制新型量子材料的强大工具。研究人员认为，这些场还可以作为下一代超快电子产品的卓越、定义明确的“发条装置”。最后，他们声称，新的发射器“完全适合”与工业级高功率固态激光器结合使用，因此可以形成“一个适用于基础科学和工业应用的极其可扩展的平台”。
研究人员，他们在 灯光：科学与应用，说他们已经开始使用这些脉冲来探索量子信息处理的新平台。 “其他应用包括将这些脉冲耦合到扫描隧道显微镜中，这使我们能够将原子分辨率显微镜加速到几飞秒时间尺度（1 fs = 10-15 s），从而在实际的超慢动作显微视频中捕捉电子的实时空间和时间运动，”他们解释道。
该职位 近单极激光脉冲可以控制量子比特 最早出现 物理世界.
