Durch Bohren von Löchern in eine dünne zweidimensionale Schicht aus hexagonalem Bornitrid mit einem Gallium-fokussierten Ionenstrahl haben Wissenschaftler der University of Oregon künstliche Atome erzeugt, die einzelne Photonen erzeugen.
Die künstlichen Atome - die in der Luft und bei Raumtemperatur arbeiten - könnten ein großer Schritt bei der Entwicklung eines rein optischen Quantencomputers sein, sagte der UO-Physiker Benjamín J. Alemán, Hauptforscher einer in der Zeitschrift Nano Letters veröffentlichten Studie.
"Unsere Arbeit liefert eine Quelle für einzelne Photonen, die als Träger von Quanteninformationen oder als Qubits fungieren können. Wir haben diese Quellen strukturiert und so viele geschaffen, wie wir wollen, wo wir wollen", sagte Alemán, Mitglied der Material Science der UO Institut und Zentrum für optische, molekulare und Quantenwissenschaften. "Wir möchten diese Einzelphotonenemitter in Schaltungen oder Netzwerke auf einem Mikrochip strukturieren, damit sie miteinander oder mit anderen vorhandenen Qubits wie Festkörperspins oder supraleitenden Qubits von Schaltkreisen kommunizieren können."
Vor drei Jahren wurden künstliche Atome in Flocken aus hexagonalem 2D-Bornitrid entdeckt, einer einzelnen isolierenden Schicht aus alternierenden Bor- und Stickstoffatomen in einem Gitter, das auch als weißes Graphen bekannt ist. Alemán gehört zu den zahlreichen Forschern, die diese Entdeckung nutzen, um Photonen als Quellen für einzelne Photonen und Qubits in photonischen Quantenschaltungen zu erzeugen und zu verwenden.
Traditionelle Ansätze zur Verwendung von Atomen in der Quantenforschung haben sich darauf konzentriert, Atome oder Ionen einzufangen und ihren Spin mit Lasern so zu manipulieren, dass sie eine Quantenüberlagerung zeigen, oder die Fähigkeit, in einer gleichzeitigen Kombination von "Aus" - und "Ein" -Zuständen zu sein. Solche Arbeiten erforderten jedoch das Arbeiten im Vakuum bei extrem kalten Temperaturen mit hoch entwickelten Geräten.
Angeregt durch die Beobachtung, dass künstliche Atome häufig in der Nähe von Kanten gefunden werden, hat Alemáns Team, unterstützt von der National Science Foundation, zunächst Kanten im weißen Graphen erzeugt, indem Kreise mit einer Breite von 500 Nanometern und einer Tiefe von vier Nanometern gebohrt wurden.
Die Vorrichtungen wurden dann in Sauerstoff bei 850 Grad Celsius (1.562 Grad Fahrenheit) geglüht, um Kohlenstoff und anderes Restmaterial zu entfernen und die Emitter zu aktivieren. Die konfokale Mikroskopie ergab winzige Lichtpunkte aus den gebohrten Bereichen. Als Alemáns Team näher heranfuhr, bemerkte es, dass die einzelnen hellen Punkte Licht auf dem niedrigstmöglichen Niveau emittierten - jeweils ein einzelnes Photon.
Die einzelnen Photonen könnten möglicherweise als winzige, ultraempfindliche Thermometer, zur Verteilung von Quantenschlüsseln oder zum Übertragen, Speichern und Verarbeiten von Quanteninformationen verwendet werden, sagte Alemán.
"Der große Durchbruch ist, dass wir einen einfachen, skalierbaren Weg gefunden haben, um künstliche Atome auf einem Mikrochip nanofabrizieren zu können, und dass die künstlichen Atome in der Luft und bei Raumtemperatur arbeiten", sagte Alemán. "Unsere künstlichen Atome werden viele neue und leistungsfähige Technologien ermöglichen. In Zukunft könnten sie für sicherere, sicherere, vollständig private Kommunikation und viel leistungsfähigere Computer verwendet werden, die lebensrettende Medikamente entwickeln und Wissenschaftlern zu einem tieferen Verständnis verhelfen könnten des Universums durch Quantenberechnung. "
Quelle der Geschichte:
Von der University of Oregon zur Verfügung gestellte Materialien. Original geschrieben von Jim Barlow. Hinweis: Der Inhalt kann in Bezug auf Stil und Länge bearbeitet werden.
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