Алмазная проволока осветила путь ккомпьютеру будущего
Бриллианты известны собственной необычным взаимодействием и красотой со светом, придающим алмазам неповторимую игру лучей. Недостаток для того чтобы камня для ювелиров – огорчение, а физикам – радость.
Новое изучение продемонстрировало, что несовершенства этого кристалла возможно с успехом применять для узкого управления одиночными фотонами.
В первый раз в лабораторных условиях был создан и применён на практике способ получения цельных нанопроводков из бриллианта. Ранее исследователям получалось лишь частично внедрять маленькие фрагменты минерала в структуру для того чтобы малого масштаба.
Но, главный момент нынешнего успехи заключён не в масштабе объектов. Как наглядно продемонстрировала команда экспертов во главе с учёными Гарвардской прикладных наук и школы инженерии (Harvard SEAS), алмазная нанопроволока может служить источником единичных фотонов, выдаваемых «по требованию».
На протяжении опыта с NV-недостатком возможно изменять квантовое состояние частиц в камня.
Предшествовавшие испытания вторых учёных публиковались а также, в Physical Review Letters и Nature Nanotechnologies (иллюстрация с сайта physics.mq.edu.au).
Несколько Марко Лонкара (Marko Loncar) отыскала подтверждение ранее рассчитанной на бумаге догадке на протяжении собственной программы по изучению нелинейных особенностей фотонных кристаллов. Новая разработка совмещает в себе сходу две заявленные на сайте проекта цели: создание нанофотонного устройства, талантливого обрабатывать квантовую данные, и высокочастотного генератора в рамках оптико-механической совокупности.
По словам учёных, новый метод радикального улучшения производительности источника отдельных фотонов базируется на природном светоизлучающем недостатке камня, именуемом азотной вакансией (nitrogen vacancy — NV) либо легко центром цвета бриллианта. Самый прекрасно изучена его сообщение с фотолюминесценцией камня, длина и интенсивность волны которой возможно поменяна направленным магнитным либо электрическим полем, микроволновым излучением либо светом.
То, что после этого происходит с электронами в области NV-недостатка, разъясняется учёными с позиций трансформации поясницы и сопутствующих ему явлений, таких как квантовая запутанность, спин-осцилляция и орбитальное взаимодействие Раби.
Условно говоря, центр цвета «обменивается информацией» с внешним источником лучей. Но действенный приём фотонов в простом камне затруднён по причине того, что значительно чаще центры цвета находятся глубоко в них. «Пойманные в ловушку» атомы взаимодействуют с другой кристаллической решёткой, в следствии чего изменяется их электронное состояние (спин).
Громадная совокупность из таких наноустройств, каковые смогут трудиться как независимо, так и совместно, была бы солидным шагом к вычислительным квантовым сетям (иллюстрация Jay Penni).
В случае если мы имеем дело с ювелирными изделиями, то видимым результатом будет прекрасная игра прихотливо преломлённых световых лучей. Но гарвардских учёных интересует вовсе не красота.
Они нацелены на создание устройств, применяющих квантово-механические эффекты, к примеру квантовых компьютеров.
Дело в том, что поясницей электрона в отдельном центре цвета возможно манипулировать при комнатной температуре. Любой NV-недостаток в этом случае преобразовывается в кубит — мельчайший элемент для хранения информации в таком компьютере.
Совокупность на базе алмазных нанопроводков (на рисунке выделен центр цвета) должна быть лишена некоторых недочётов, свойственных вторым устройствам подобного рода, в базе которых лежат флуоресцентные красители, квантовые точки и нанотрубки – так, алмазные нанопроводки смогут быть взяты много и без неприятностей интегрированы в разные наноустройства (иллюстрация Harvard SEAS).
«Созданное нами устройство на базе алмазных нанопроводков практически трудится как маленькая антенна, генерирующая сильный поток отдельных фотонов, регистрируемый микроскопом, – говорит Лонкар, пару дней назад взявший на собственные изыскания грант в $50 тысяч. — Устойчивая сообщение относящегося к наномиру центра цвета с макрообъектами (линзами и световодами), и имеется недостающее звено в создании квантового компьютера».
Однофотонная антенна, трудящаяся как на приём, так и на передачу, разрешит воссоздать это «недостающее звено», конечно и действенно связав детектор с личным центром цвета бриллианта, увеличивая его чувствительность и яркость. Создание опытного образца для того чтобы устройства можно считать одним из главных шагов на пути успехи новых, стремительных и надёжных связи и технологических средств вычисления.
Для опытного образца (слева) эксперты применяли те же физические процессы, что в природе придают оттенки цветным бриллиантам. К примеру, светло синий бриллиант сигнализирует о примеси атомов бора, а жёлтый – азота.
На микроснимке (справа) обозначен прекрасно различимый NY-недостаток (фото Marco Loncar et al./Nature).
Больше технических подробностей об опыте возможно определить в пресс-релизе, и статье гарвардских экспертов, размещённой в Nature, её препринт дешёв как PDF-документ.
В большинстве случаев ювелиры применяют недостатки камня, создающие большое количество отражённого света.
Опытный образец гарвардских учёных же выдаёт на стимуляцию зелёным светом строго один «красный» фотон зараз (иллюстрация Nature).
Действующий пример устройства на данный момент является массивом из нескольких тысяч алмазных нанопроводков. Любой из них насчитывает всего пара микрометров в длину и приблизительно 200 нанометров в диаметре.
Один нюанс до тех пор пока ограничивает исследователей – в природных бриллиантах NV-недостатки распределены неравномерно, что затрудняет применение нанопроводков как антенн. В скором времени учёные планируют путём ионной бомбардировки создать равномерное распределение центров цвета в каждом кристалле.
