과학자들은 원자 사이의 숨결을 감지합니다

Ruoming Peng/워싱턴 대학교

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워싱턴 대학 연구진은 레이저 자극으로 원자가 방출하는 빛의 유형을 관찰함으로써 원자의 두 층(원자의 호흡) 사이의 기계적 진동을 감지했습니다.

이는 금요일 기관이 발표한 보도자료에 따른 것입니다.

이 새로운 개발은 양자 컴퓨팅을 위한 새로운 방법으로 이어질 수 있습니다. 실제로 연구원들은 이미 양자 기술을 위한 새로운 유형의 빌딩 블록 역할을 할 수 있는 장치를 설계했습니다.

"이것은 빛과 기계적 움직임이 본질적으로 함께 결합되는 과학계에서 '광역학'이라고 부르는 것을 사용하는 새로운 원자 규모 플랫폼입니다."라고 UW의 전기 및 컴퓨터 공학 및 물리학 교수인 Mo Li는 말했습니다. .

"이것은 많은 응용 분야에서 통합 광학 회로를 통해 실행되는 단일 광자를 제어하는 ​​데 활용할 수 있는 새로운 유형의 관련 양자 효과를 제공합니다."

새로운 연구는 엑시톤(exciton)이라고 불리는 양자 수준 준입자를 조사한 이전 연구를 기반으로 한다. 정보는 엑시톤으로 인코딩된 다음 양자 특성이 빛의 속도로 정보의 양자 비트 또는 "큐비트"로 기능할 수 있는 광자의 형태로 방출될 수 있습니다.

"이 연구의 조감도는 양자 네트워크를 실현 가능하게 갖기 위해서는 큐비트를 안정적으로 생성, 작동, 저장 및 전송할 수 있는 방법이 필요하다는 것입니다"라고 UW 물리학 박사 과정 학생인 수석 저자 Adina Ripin이 말했습니다.

"광섬유를 사용하면 에너지나 정보 손실을 최소화하면서 광자를 장거리 고속으로 전송할 수 있기 때문에 광자는 이러한 양자 정보를 전송하기 위한 자연스러운 선택입니다."

다음으로 연구원들은 전기 전압을 사용하여 양자 기술에 포논을 활용할 수 있는지 테스트하기로 결정했습니다. 그들은 측정 가능하고 제어 가능한 방식으로 하나의 단일 통합 시스템에서 관련 포논의 상호 작용 에너지를 변경할 수 있음을 발견했습니다.

다음으로 팀은 양자 회로를 위한 견고한 기반을 구축하기 위한 단계로서 여러 방사체 및 관련 포논 상태를 제어할 수 있기를 원했습니다.

Li는 성명에서 "우리의 가장 중요한 목표는 광학 회로를 통해 실행되는 단일 광자와 새로 발견된 포논을 사용하여 양자 컴퓨팅 및 양자 감지를 수행할 수 있는 양자 방사체를 갖춘 통합 시스템을 만드는 것"이라고 말했습니다.

"이러한 발전은 분명히 그러한 노력에 기여할 것이며 미래에 많은 응용 분야를 갖게 될 양자 컴퓨팅을 더욱 발전시키는 데 도움이 될 것입니다."

이번 연구는 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)에 게재됐다.

연구 개요:

기본적인 양자 여기 사이의 결합을 엔지니어링하는 것은 양자 과학 및 기술의 핵심입니다. 뛰어난 사례는 단일 광자와 포논 사이의 결합을 제어하고 활용하여 양자 정보 변환을 가능하게 하는 양자 광원의 생성입니다. 여기서 우리는 엑시톤과 포논 사이의 고도로 조정 가능한 결합을 특징으로 하는 양자 방출기의 결정론적 생성을 보고합니다. 양자 방출체는 호모이중층 WSe2에서 생성된 변형 유도 양자점에서 형성됩니다. 엑시톤 에너지를 직접 변조하는 양자 한정된 층간 엑시톤과 테라헤르츠 층간 호흡 모드 포논의 공동 위치화는 황-리스 인자가 최대 6.3에 도달하는 단일 광자 방출에 대한 독특하고 강력한 포논 결합을 유도합니다. 층간 엑시톤 방출의 단일 광자 스펙트럼은 단일 광자 순도 >83%와 다중 포논 복제본을 특징으로 하며, 각각은 양자 방출기에서 포논 Fock 상태의 생성을 예고합니다. 층간 엑시톤의 수직 쌍극자 모멘트로 인해 포논-광자 상호작용은 엑시톤 및 포논 결맞음 속도보다 더 높게 전기적으로 조정될 수 있으므로 강한 결합 체계에 도달할 수 있습니다. 우리의 결과는 양자 변환 및 상호 연결에 활용될 수 있는 고정 포논과 결합된 날아다니는 광자 큐비트를 방출하는 WSe2 이중층의 원자 인터페이스에 있는 고체 양자 여기자-광기계 시스템을 보여줍니다.