Команда ученых разработала метод, который использует структуру света для изменения свойств квантовых материалов. Их результаты, опубликованные сегодня в природа, проложит путь к достижениям в области квантовой электроники, квантовых вычислений и информации следующего поколения. technology.
Команда, возглавляемая исследователями из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики и Стэнфордского университета, применила этот метод к материалу, известному как гексагональный нитрид бора (hBN), представляющему собой один слой атомов, расположенных в виде сот со свойствами, которые делают его уникальным. подходит для квантовых манипуляций. В своих экспериментах ученые использовали особый вид света, электрическое поле которого выглядит как трилистник, чтобы изменять и контролировать поведение материала на квантовом уровне в сверхбыстрых временных масштабах.
Способ закручивания световой волны также позволяет исследователям точно контролировать квантовые свойства материала — правила, определяющие поведение электронов, которые необходимы для электричества и потока данных. Эта способность управлять квантовыми свойствами по требованию может проложить путь к созданию сверхбыстрых квантовых переключателей для будущих технологий.
«Наша работа сродни поиску нового способа «пошептаться» с квантовым миром и заставить его раскрыть нам свои секреты», — сказал Шубхадип Бисвас, ученый из SLAC и Стэнфордского университета, возглавлявший исследование.
Традиционные методы часто требуют, чтобы свет имел нужную энергию для работы с материалом, и этот новый подход ловко обходит это ограничение. Используя особый вид света и адаптируя его рисунок к рисунку материала, ученые могут придать материалу новые конфигурации, не ограничиваясь его естественными свойствами.
«Этот структурированный свет не просто освещает материал; он вращается вокруг него, изменяя его квантовые свойства по требованию таким образом, чтобы мы могли его контролировать», — сказал Бисвас.
Такая гибкость может позволить методу работать в широком диапазоне приложений, что облегчит разработку новых технологий. По сути, команда создала условия, в которых электроны движутся новыми и контролируемыми способами. Это может, например, привести к разработке сверхбыстрых переключателей для квантовых компьютеров, которые могут значительно превзойти компьютеры, которые мы используем сегодня.
Помимо непосредственных результатов, это исследование обещает будущее применение в области «валлетроники» — области, которая использует квантовые свойства электронов, находящихся в различных энергетических долинах материала, для обработки информации. В отличие от традиционных подходов, которые требуют, чтобы свет соответствовал этим энергетическим долинам, новый метод более адаптируем и предлагает новое направление для разработки квантовых устройств.
Способность исследователей манипулировать квантовыми долинами в hBN может привести к созданию новых устройств, таких как сверхбыстрые квантовые переключатели, которые работают не только с двоичными числами 0 и 1, но и с более сложным ландшафтом квантовой информации. Это позволит использовать более быстрые и эффективные способы обработки и хранения информации.
«Речь идет не просто о включении и выключении выключателя», — сказал сотрудник Маттиас Ф. Клинг, директор отдела исследований и разработок LCLS. «Речь идет о создании переключателя, который может существовать в нескольких состояниях одновременно, что значительно увеличивает мощность и потенциал наших устройств. Это открывает совершенно новый способ проектирования свойств материалов на квантовом уровне. Потенциальные применения обширны: от квантовых вычислений до новых форм квантовой обработки информации».
Исследование также проливает свет на фундаментальные способы, с помощью которых ученые могут взаимодействовать с квантовым миром и контролировать его. Для учёных, участвовавших в этом путешествии в квантовый мир, это не просто радость открытия, но и расширение границ возможного.
«Один из самых интересных аспектов — это огромный потенциал наших результатов», — сказал Бисвас. «Мы находимся на пороге новой эры в технологиях и только начинаем исследовать, что станет возможным, когда мы воспользуемся мощью квантовых материалов».
В команду также входили исследователи из Института квантовой оптики Макса Планка в Гархинге; Мюнхенский университет Людвига-Максимилиана в Германии; и Институт науки материалов в Мадриде в Испании.