Новости

Самое интересное из жизни узнать в этой жизни

Нелинейные взаимодействия могут быть значительно усилены с помощью плазмонов. Новый материал, состоящий из одного слоя атомов углерода, может привести к новым разработкам для оптических квантовых компьютеров. Физики из Венского университета и Института фотонных наук в Барселоне показали, что специально разработанные графеновые структуры позволяют одиночным фотонам взаимодействовать друг с другом. Предложенная новая архитектура для квантового компьютера опубликована в недавнем выпуске Quantum Information.

Фотоны практически не взаимодействуют с окружающей средой, что делает их ведущим кандидатом для хранения и передачи квантовой информации. Эта же особенность делает особенно сложным манипулирование информацией, которая кодируется в фотонах.

Чтобы построить фотонный квантовый компьютер, один фотон должен изменить состояние второго. Такое устройство называется квантовыми логическими воротами, и для построения квантового компьютера понадобятся миллионы логических ворот.

Одним из способов достижения этого является использование так называемого «нелинейного материала», в котором два фотона взаимодействуют внутри материала. К сожалению, стандартные нелинейные материалы слишком неэффективны, чтобы построить квантовые логические элементы.

Недавно было понято, что нелинейные взаимодействия могут быть значительно усилены с помощью плазмонов. В плазмоне свет связан с электронами на поверхности материала. Эти электроны могут затем помочь фотонам взаимодействовать намного сильнее. Однако плазмоны в стандартных материалах распадаются еще до того, как могут возникнуть необходимые квантовые эффекты.

В своей новой работе команда ученых во главе с профессором Филиппом Вальтером из Венского университета предлагает создать плазмоны в графене. Этот двумерный материал, обнаруженный всего десять лет назад, состоит из одного слоя атомов углерода, расположенных в виде сотовой структуры, и с момента своего открытия он не переставал удивлять нас.

Для этой конкретной цели особая конфигурация электронов в графене приводит как к чрезвычайно сильному нелинейному взаимодействию, так и к плазмонам, которые живут исключительно долго.

В предложенном графеновом логическом элементе ученые показывают, что если одиночные плазмоны создаются в нанолентах, изготовленных из графена, два плазмона в разных нанолентах могут взаимодействовать через свои электрические поля. При условии, что каждый плазмон остается на своей ленте, к плазмонам можно применить несколько ворот, что необходимо для квантовых вычислений. «Мы показали, что сильное нелинейное взаимодействие в графене не позволяет двум плазмонам перемещаться в одну и ту же ленту», — говорит Ирати Алонсо Калафель, автор исследования.

Предложенная схема использует несколько уникальных свойств графена, каждое из которых наблюдалось индивидуально. В настоящее время группа ученых проводит экспериментальные измерения на аналогичной системе на основе графена для подтверждения возможности использования ворот с использованием современных технологий. Поскольку ворота от природы малы и работают при комнатной температуре, они должны легко поддаваться масштабированию, как это требуется для многих квантовых технологий.

Смотреть в источник