Внезапный прорыв, ученые создают квантовые состояния в бытовой электронике

Объединяя странную физику квантовой механики с хорошо развитой классической полупроводниковой технологией, Авшалом и его группа прокладывают путь к наступающей революции квантовой технологии.

После десятилетий миниатюризации электронные компоненты, на которые мы полагаемся в компьютерах и современных технологиях, теперь начинают выходить за фундаментальные пределы. Столкнувшись с этой проблемой, инженеры и ученые всего мира обращаются к принципиально новой парадигме: квантовым информационным технологиям.

Разработка квантовых технологий

Квантовая технология, использующая странные правила, которые управляют частицами на атомном уровне, обычно считается слишком деликатной, чтобы сосуществовать с электроникой, которую мы используем каждый день в телефонах, ноутбуках и автомобилях. Однако ученые из Притцкерской школы молекулярной инженерии Чикагского университета объявили о значительном прорыве: квантовые состояния можно интегрировать и контролировать в стандартных электронных устройствах, изготовленных из карбида кремния.

«Возможность создавать и контролировать высокопроизводительные квантовые биты в коммерческой электронике была неожиданностью», - сказал ведущий исследователь Дэвид Авшалом. «Эти открытия изменили наш подход к разработке квантовых технологий - возможно, мы сможем найти способ использовать современную электронику для создания квантовых устройств».

Группа Авшалома продемонстрировала, что они могут управлять квантовыми состояниями, встроенными в карбид кремния с помощью электричества. Этот прорыв может предложить средства для более легкого проектирования и создания квантовой электроники - в отличие от использования экзотических материалов, которые ученые обычно используют для квантовых экспериментов, таких как сверхпроводящие металлы, левитированные атомы или алмазы.

Эти квантовые состояния в карбиде кремния обладают дополнительным преимуществом излучения отдельных частиц света с длиной волны близкой к телекоммуникационному диапазону. «Это делает их подходящими для передачи на большие расстояния через одну и ту же оптоволоконную сеть, которая уже передает 90 % всех международных данных по всему миру», - сказал Авшалом.

Более того, эти легкие частицы могут приобретать новые захватывающие свойства в сочетании с существующей электроникой. Например, команда смогла создать то, что Авшалом назвал «квантовым FM-радио»; точно так же, как музыка передается на автомобильный радиоприемник, квантовая информация может передаваться на очень большие расстояния.

«Вся теория предполагает, что для достижения хорошего квантового контроля в материале он должен быть чистым и свободным от флуктуирующих полей», - сказал аспирант Кевин Мяо. «Наши результаты показывают, что при правильной конструкции устройство может не только смягчать эти загрязнения, но и создавать дополнительные формы контроля, которые ранее были невозможны».

Они описывают второй прорыв, который решает очень распространенную проблему в квантовой технологии: шум.

«Примеси распространены во всех полупроводниковых устройствах, и на квантовом уровне эти примеси могут перемешивать квантовую информацию, создавая шумную электрическую среду», - сказал аспирант Крис Андерсон, соавтор статьи. «Это почти универсальная проблема для квантовых технологий».

Но, используя один из основных элементов электроники - диод, односторонний переключатель для электронов, - команда обнаружила еще один неожиданный результат: квантовый сигнал внезапно стал свободным от шума и стал почти идеально стабильным.

«В наших экспериментах нам нужно использовать лазеры, которые, к сожалению, толкают электроны вокруг. Это похоже на игру в музыкальные стулья с электронами; когда свет гаснет, все останавливается, но в другой конфигурации», - сказал другой аспирант Александр Бурасса. «Проблема в том, что эта случайная конфигурация электронов влияет на наше квантовое состояние. Но мы обнаружили, что применение электрических полей удаляет электроны из системы и делает ее намного более стабильной».

«Эта работа приближает нас к созданию систем, способных хранить и распространять квантовую информацию по мировым оптоволоконным сетям», - сказал Авшалом. «Такие квантовые сети привели бы к появлению нового класса технологий, позволяющих создавать неиссякаемые каналы связи, телепортацию отдельных электронных состояний и реализацию квантового Интернета». опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet