Высокоскоростное переключение квантовых состояний в кремнии

+7 926 604 54 63 address
 Лазер FELIX (Free Electron Laser for Infrared eXperiments), использовавшийся для эксперимента по переключению квантовых состояний в кремнии. Расположен в Университете Неймегена, Нидерланды.
Лазер FELIX (Free Electron Laser for Infrared eXperiments), использовавшийся для эксперимента по переключению квантовых состояний в кремнии. Расположен в Университете Неймегена, Нидерланды.

Возможность переключения квантовых состояний в кремниевой пластине за время, измеряемое единицами пикосекунд, была продемонстрирована исследователями из Великобритании, Нидерландов и Швейцарии. Состояние задавалось с помощью коротких лазерных импульсов и считывалось электрическим током. Достигнутый результат важен для построения квантовых вычислительных систем, которые могут обеспечить сверхскоростные вычисления и защищённую передачу данных.

Команда физиков из Университета Суррея, Университетского колледжа Лондона, Университета Хериота-Уотта в Эдинбурге, Университета Неймегена, Швейцарской высшей технической школы Цюриха, Федеральной политехнической школы Лозанны и Института Пауля Шеррера использовала лазер для управления квантовыми состояниями в обыкновенной кремниевой пластине. В работе было достигнуто сверхкороткое время переключения квантовых состояний — порядка нескольких пикосекунд (1 пс = 10−12 с). Это самое быстрое переключение квантовых состояний в кремнии, превышающее предыдущие достижения более чем в тысячу раз.

В квантовой системе, согласно принципу суперпозиции, атом может находиться одновременно в двух состояниях: основном и возбуждённом. В ходе исследования авторы работы обнаружили, что кремний является чрезвычайно удачным окружением для атомов фосфора, находящихся внутри квантовой ячейки. Учёные переводили атомы в состояние суперпозиции чрезвычайно короткими (несколько пикосекунд) лазерными импульсами, а затем продемонстрировали, что можно создавать новое состояние суперпозиции, которое зависит от точного времени, в течение которого приходит второй лазерный импульс. Затем было обнаружено, что это состояние продолжает существовать, даже когда рядом с захваченным атомом перемещаются электроны, переносящие ток в микросхеме. Оказалось также, что состояние суперпозиции влияет на протекающий ток, что позволило снимать состояние традиционным электрическим методом.

Данная исследовательская группа недавно получила дополнительное финансирование от британского Совета по инженерным и физическим научным исследованиям (Engineering and Physical Sciences Research Council). Перед учёными стоит задача изучить способы соединения многочисленных квантовых объектов в единую систему, которая легла бы в основу квантовых компьютеров. Эта следующая фаза исследования может привести к созданию быстрых квантовых кремниевых микросхем, а также иных устройств, например, сверхточных часов и высокочувствительных биомедицинских датчиков.

.
Комментарии