科学者が新しい量子技術の構成要素として原子の「呼吸」を発見原子は実際に異なる層の間で「呼吸」したり、振動したりすることができます。ウェブデスク 更新日: 2023 年 6 月 8 日 11:56 IS

ワシントン大学の科学者は、量子技術の分野に革命をもたらす可能性のある画期的な発見を行いました。研究者らは、レーザーによって刺激された原子から放出される光を観察することにより、原子の 2 つの層の間の機械的振動、つまり「呼吸」を検出することに成功しました。フォノンとして知られるこの新しく発見された原子現象は、量子情報を符号化して送信するための基本的な構成要素として機能する可能性があります。

科学者は量子情報伝達に原子振動を利用する

Nature Nanotechnologyに掲載されたこの研究は、「オプトメカニクス」の原理を利用したユニークなデバイスの開発に焦点を当てています。オプトメカニクスには、原子スケールでの光と機械の動きの本質的な結合が含まれます。筆頭著者で同大学の物理学博士課程の学生であるアディナ・リピン氏は、この発見は集積光回路内で単一光子を制御するための新しいプラットフォームを提供し、さまざまな量子応用への扉を開くと説明した。この発見は、原子スケールの現象を利用し、量子情報処理と通信の変革の可能性を解き放つ新たな可能性を切り開きます。

単一光子エミッター、つまり「量子エミッター」を作成するために、研究チームはタングステン原子とセレン原子、具体的には二セレン化タングステンの2つの層を互いの上に配置した。レーザー光の正確なパルスを照射することにより、負に帯電した電子と正に帯電した正孔からなる励起子と呼ばれる準粒子が生成された。電子が穴に落ちると、量子情報がエンコードされた単一の光子が放出され、研究者の目的は達成されました。

調査中に、チームは予期せず別のタイプの準粒子、フォノンを検出しました。呼吸運動に似た原子振動によって生成されるフォノンが、二次元原子系で初めて単一光子放出体で観察された。放出された光のスペクトルを分析すると、等間隔のピークが明らかになり、励起子によって放出されたすべての光子が 1 つ以上のフォノンと結合していることが示されました。

重要なのは、研究者らは電圧を印加することでフォノンと放出された光子の間の相互作用エネルギーを操作できることを実証したことだ。これらの制御可能な変動は、量子情報を単一光子放出にエンコードする上で重要な意味を持ちます。実験は少数の原子のみで構成されるデバイスで行われ、スケーラビリティの可能性を示しました。

今後を見据えて、チームはチップ上に導波路を構築し、単一光子放出の収集と指向性送信を可能にすることを計画しています。研究者らは、制御範囲を複数のエミッターとそれに関連するフォノン状態に拡張することで、量子エミッター間の通信を確立することを目指している。このマイルストーンは、量子回路の強固な基盤の構築に向けた重要な一歩を表しています。

この研究の上級著者であり、ワシントン大学の電気・コンピューター工学と物理学の教員でもあるモー・リー教授は、量子エミッター、単一光子、フォノンを量子コンピューティングに利用する統合システムを構築するという最終目標を強調した。センシングアプリケーション。彼は、このブレークスルーが量子コンピューティングとその将来の応用の発展に大きく貢献すると信じています。

（リンク：https://www.theweek.in/news/sci-tech/2023/06/08/scientists-discover-atomic--breath--as-new-quantum-technology-bu.html）