Ερευνητές ανακάλυψαν μια νέα κβαντική κατάσταση την οποία οι μηχανικοί μπορούν να αξιοποιήσουν σε ένα δισδιάστατο (2D) chip για να ελέγχουν την κβαντική πληροφορία με μεγαλύτερη αξιοπιστία από ποτέ άλλοτε. Παρέχει ένα πολλά υποσχόμενο προβάδισμα για μια νέα μέθοδο εξαγωγής κβαντικών πληροφοριών από υποατομικά σωματίδια.
Οι πρόσφατες πρόοδοι στα υπέρλεπτα δισδιάστατα υλικά, τα οποία έχουν πάχος μόλις ένα μόριο, δημιούργησαν πολλά υποσχόμενους υποψήφιους για επεξεργαστές υπολογιστών που θα χωράνε πολύ περισσότερη ισχύ σε πολύ λιγότερο χώρο. Οι δισδιάστατοι ημιαγωγοί προσφέρουν επίσης φανταστικές προοπτικές για την Κβαντική Πληροφορική.
Διαβάστε επίσης
Η κβαντική διεμπλοκή, σύμφωνα με την οποία δύο υποατομικά σωματίδια μπορούν να μοιράζονται πληροφορίες στο χρόνο και στο χώρο μέσω της «συνοχής», είναι εξαιρετικά λεπτή, αλλά απαραίτητη για την παράλληλη και όχι διαδοχική επεξεργασία υπολογισμών.
Η αποτροπή της αποσύνδεσης (η απώλεια των κβαντικών ιδιοτήτων σε μια υποατομική δομή) είναι απαραίτητη για να είναι αποτελεσματική η κβαντική διεμπλοκή στους κβαντικούς υπολογιστές, αλλά οι τρισδιάστατες δομές είναι ιδιαίτερα επιρρεπείς σε θερμικές επιδράσεις (όπως η θερμότητα) ή σε τυχαία ηλεκτρομαγνητικά κύματα και συνήθως καταρρέουν μέσα σε κλάσματα του δευτερολέπτου. Σε αυτό το σημείο μπαίνουν στο παιχνίδι τα διδιάστατα υλικά. Η διατήρηση της συνοχής σε ένα δισδιάστατο υλικό είναι πολύ πιο εύκολη, καθώς είναι λιγότερο επιρρεπή σε αυτές τις θερμικές επιδράσεις που καταστρέφουν την κβαντική συνοχή.
Παρόλο που οι μηχανισμοί συνοχής δεν έχουν ακόμη κατανοηθεί καλά στα δισδιάστατα υλικά, μια νέα μελέτη περιγράφει πώς οι επιστήμονες ανακάλυψαν μια νέα κβαντική κατάσταση που μπορεί να διατηρήσει μεγαλύτερες περιόδους συνοχής. Εντόπισαν επίσης έναν μηχανισμό που προκαλεί κβαντική διεμπλοκή σε αυτή τη νέα κβαντική κατάσταση, προτείνοντας έτσι και μια μέθοδο με την οποία μπορεί να ελεγχθεί και να εξαχθεί κβαντική πληροφορία από αυτήν.
Συγκεκριμένα, για πρώτη φορά παρατήρησαν τη διαδικασία σχηματισμού εξιτονίων σε συνδυασμό με καταστάσεις Floquet. Χρησιμοποιώντας φωτοηλεκτρονική φασματοσκοπία με έναν 2D ημιαγωγό, οι επιστήμονες παρατήρησαν τον σχηματισμό του εξιτονίου, ο οποίος συμβαίνει όταν ένα φωτόνιο διεγείρει ένα ηλεκτρόνιο σε μια κατάσταση υψηλότερης ενέργειας. Το εξιτόνιο είναι ένα ημι-σωματίδιο που αποτελείται από ένα ηλεκτρόνιο και μια θετικά φορτισμένη οπή που συνδέονται μεταξύ τους.
Διαβάστε επίσης
Ένα επιπλέον πλεονέκτημα των 2D υλικών, σε σχέση με τους συμβατικούς ημιαγωγούς, είναι ότι ένα εξιτόνιο έχει ισχυρά ενεργειακά επίπεδα δέσμευσης. Σε κβαντικά συστήματα που οδηγούνται από ένα χρονικά περιοδικό πεδίο (στην προκειμένη περίπτωση, ο οδηγός είναι σύντομες εκρήξεις φωτονίων), μπορούν να εμφανιστούν ημι-σταθερές καταστάσεις, γνωστές ως «καταστάσεις Floquet». Αυτές έχουν ιδιότητες που διαφέρουν σημαντικά από εκείνες των αρχικών μη οδηγούμενων συστημάτων σε κατάσταση ισορροπίας. Η νέα κατάσταση είναι ένας συνδυασμός αυτών των δύο γνωστών καταστάσεων.
«Ανακαλύψαμε μια νέα κβαντική κατάσταση, γνωστή ως κατάσταση σύνθεσης των εξιτονίων-Floquet, και προτείναμε έναν νέο μηχανισμό για την κβαντική διεμπλοκή και την εξαγωγή κβαντικής πληροφορίας», δήλωσε ο Jaedong Lee από το Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας Daegu Gyeongbuk σε δήλωσή του. «Αυτό αναμένεται να προωθήσει την έρευνα της κβαντικής τεχνολογίας πληροφοριών σε διδιάστατους ημιαγωγούς».
Στην έρευνα, οι επιστήμονες αναγνώρισαν ότι οι νέες κβαντικές καταστάσεις που σχηματίζονται παροδικά αποτελούν «πρόκληση» για τις νέες εφαρμογές των διδιάστατων ημιαγώγιμων μέσων, αν και δεν διευκρίνισαν ποια θα είναι η κύρια πρόκληση στην εργασία. Είναι βέβαιοι, ωστόσο, ότι η έρευνα τους υπόσχεται να ανοίξει το δρόμο για τη χρήση 2D ημιαγωγών για τη δημιουργία ενός νέου τύπου αναδιαμορφώσιμης συσκευής για την αποθήκευση δεδομένων σε κβαντικούς υπολογιστές.
*Η κεντρική εικόνα αποτελεί δημιουργία του Imagen 3 για λογαριασμό του Techgear.gr
[via]
