Vitenskap

Kunstige atomer laget for kvanteberegning

I en nylig utvikling har forskere laget kunstige atomer som genererer enkeltfotoner. Bragden kan være et stort skritt i arbeidet med å utvikle all-optisk kvantedatabehandling.

kunstige atomer, kvanteberegning, kunstige atomer opprettet, forskere lager kunstige atomer, foton, enkeltfotonatom, bornitrid, kvantefotoniske kretser, kunstige atomer enkeltfotonLaserlys (grønn pil) genererer lys på lavt nivå som sendes ut fra et enkelt foton (lilla pil) ved kantene av hull i hvit grafen på toppen av et glassbilde (Bildekilde: University of Oregon; Illustrasjon av Joshua Ziegler)

Forskere har laget kunstige atomer som genererer enkeltfotoner, et fremskritt som kan være et stort skritt i arbeidet med å utvikle all-optisk kvantedatabehandling.

De kunstige atomene - som fungerer i luft og ved romtemperatur - ble skapt ved å bore hull i et tynt todimensjonalt ark av sekskantet bornitrid med en galliumfokusert ionestråle.

Vårt arbeid gir en kilde til enkeltfotoner som kan fungere som bærere av kvanteinformasjon eller som qubits. Vi har mønstret disse kildene, skapt så mange vi vil, hvor vi vil, sa Benjamin J Aleman, fra University of Oregon i USA.



Vi vil gjerne mønstre disse enkeltfotonemitterne til kretser eller nettverk på en mikrobrikke slik at de kan snakke med hverandre, eller med andre eksisterende qubits, som solid-state spins eller superledende krets qubits, sa Aleman.

Kunstige atomer ble oppdaget for tre år siden i flak av 2D sekskantet bornitrid, et enkelt isolerende lag av alternerende bor- og nitrogenatomer i et gitter som også er kjent som hvit grafen.

Forskere bruker oppdagelsen til å produsere og bruke fotoner som kilder til enkeltfotoner og qubits i kvantefotoniske kretsløp.

Tradisjonelle tilnærminger for å bruke atomer i kvanteforskning har fokusert på å fange atomer eller ioner, og manipulere spinnene deres med lasere slik at de viser kvantesuperposisjon, eller evnen til å være i en samtidig kombinasjon av av og på tilstander.

Slikt arbeid har imidlertid krevd arbeid i vakuum i ekstremt kalde temperaturer med sofistikert utstyr.

Motivert av observasjonen at kunstige atomer ofte finnes nær en kant, skapte forskerne først kanter i den hvite grafenen ved å bore sirkler 500 nanometer brede og fire nanometer dype.

Enhetene ble deretter glødet i oksygen ved 850 grader Celsius for å fjerne karbon og annet gjenværende materiale og for å aktivere emitterne.

Konfokalmikroskopi avslørte små lysflekker som kom fra de borede områdene. Ved å zoome inn, så Alemans team at de individuelle lyspunktene sendte ut lys på lavest mulig nivå - et enkelt foton om gangen.

Les også | Livet på jorden kan ha oppstått i dammer, ikke hav: Studie

De enkelte fotonene kan tenkes brukt som bittesmå, ultrasensitive termometre, i kvantenøkkeldistribusjon, eller til å overføre, lagre og behandle kvanteinformasjon, ifølge studien publisert i tidsskriftet Nano Letters.

Det store gjennombruddet er at vi har oppdaget en enkel, skalerbar måte å nanofabrikkere kunstige atomer på en mikrobrikke, og at de kunstige atomene fungerer i luft og ved romtemperatur, sa Aleman.

Våre kunstige atomer vil muliggjøre mange nye og kraftige teknologier. I fremtiden kan de brukes til tryggere, sikrere, helt privat kommunikasjon og mye kraftigere datamaskiner som kan designe livreddende medisiner og hjelpe forskere med å få en dypere forståelse av universet gjennom kvanteberegning, sa han.