Исследователи-инженеры по искусственным атомам, которые функционируют при комнатной температуре

С помощью недавно опубликованного открытия физика Университета Орегона (ОО) Бена Алемана сверхзащищенные онлайн-коммуникации, совершенно непостижимые при перехвате, стали на шаг ближе к тому, чтобы стать реальностью.

Изображение предоставлено: Университет Орегона

[1945901] [1945901]

Алеман, член Центра оптических, молекулярных и квантовых наук при Университете США, разработал искусственные атомы, которые функционируют в окружающей среде. Исследование, опубликованное в журнале Nano Letters, могло бы стать важным шагом в усилиях по созданию безопасных квантовых сетей связи и полностью оптических квантовых вычислений.

Большой прорыв заключается в том, что мы обнаружили простой, масштабируемый способ нанобработки искусственных атомов на микрочипе, и что искусственные атомы работают в воздухе и при комнатной температуре. Наши искусственные атомы позволят много новых и мощных технологий. В будущем их можно было бы использовать для более безопасных, более безопасных, полностью частных коммуникаций и гораздо более мощных компьютеров, которые могли бы создавать жизненно важные лекарства и помогать ученым глубже понять вселенную с помощью квантовых вычислений.

Бен Алеман, физик, Институт материаловедения и Центр оптических, молекулярных и квантовых наук, УО.

Джошуа Циглер, аспирант из лаборатории Алемана, и его коллеги просверлили отверстия – шириной 500 нм и глубиной 4 нм – в тонком двумерном листе гексагонального нитрида бора, который также называют белым графеном из-за его белого цвета и атомная толщина.

Чтобы просверлить отверстия, исследователи использовали процесс, похожий на мойку под давлением, но вместо струи воды они использовали сфокусированный пучок ионов, чтобы вытравить круги в белый графен. Затем они нагревали материал в кислороде при высоких температурах, чтобы устранить остатки.

Циглер, используя оптическую конфокальную микроскопию, впоследствии наблюдал небольшие пятна света, испускаемого из пробуренных участков. Изучив свет с помощью методов подсчета фотонов, он узнал, что отдельные яркие пятна излучают свет на минимально возможном уровне – по одному фотону за один раз.

Эти узорчатые яркие пятна являются искусственными атомами, и они обладают рядом одинаковых свойств реальных атомов, таких как однофотонное излучение.

С триумфом проекта, сказал Алеман, UO в настоящее время находится впереди в гонке по созданию таких материалов в квантовых исследованиях. Это приносит радость Алеману.

Когда он вступил в УО в 2013 году, он планировал следовать идее, что искусственные атомы могут быть сформированы в белом графене. Однако, прежде чем Алеман смог начать собственное исследование, другая университетская команда обнаружила искусственные атомы в чешуйках белого графена.

Алеман тогда стремился развить это открытие. Изготовление искусственных атомов является основным шагом к их использованию в качестве источников одиночных частиц света в квантовых фотонных схемах, заявил он.

Наша работа предоставляет источник одиночных фотонов, которые могут выступать в качестве носителей квантовой информации или кубитов. Мы создали образцы этих источников, создавая столько, сколько мы хотим, там, где мы хотим. Мы хотели бы сформировать эти однофотонные излучатели в цепи или сети на микрочипе, чтобы они могли общаться друг с другом или с другими существующими кубитами, такими как твердотельные спины или кубиты сверхпроводящих цепей.

Бен Алеман, физик, Институт материаловедения и Центр оптических, молекулярных и квантовых наук УО.

Соавторами статьи являются докторанты UO Джошуа Циглер, Рэйчел Клэйс, Эндрю Блэйки и Дэвид Миллер, а также Вива Горовиц, профессор физики в Гамильтонском колледже в Нью-Йорке, который провел лето 2018 года в лаборатории Алемана во время посещения профессор.

Исследования, проводимые при поддержке Национального научного фонда, проводились в лаборатории Алемана, Центре передовых исследований свойств материалов в Орегоне и в Центре быстрого прототипирования материалов штата Орегон. Последний был создан в 2016 году наградой Благотворительного фонда М. Дж. Мердока.

Source link