Лазерный мир

Физики не оставляют попыток преодолеть квантовые неопределенности

Созданию коммерческих вариантов квантовых компьютеров мешают многие неопределенности квантового мира. Ученые исследуют разные варианты решения проблемы, одним из которых является использование так называемой вакансии в алмазе. Она возникает в результате замещения одного из атомов углерода азотом (NV – Nitrogen Vacancy). Замена на азот создает «нишу», в которой легко умещается электрон. При подаче на вакансию возбуждающего лазерного луча она генерирует поток одиночных неполяризованных фотонов, которые могут применяться в фотонике.

В дрезденском Центре Гельмгольца создали трехслойный конструкт из двух слоев ферромагнетиков – NiFe и CoFeB, между которыми «вставлен» слой антиферромагнитного рутения (Ru). Так создается неравномерная, анизотропная среда. В этом «бутерброде» возникают круговые спиновые волны. Их, вообще-то, получали уже относительно давно, но не удавалось заставить их огибать углы, что препятствовало развитию спинтроники. Электронные спины предпочтительнее самих электронов, которые взаимодействуют с атомами, что приводит к генерации тепла и замедлению скорости работы электронных устройств. (Половина энергии, подводимой к металл-оксидным полупроводникам на кремниевой подложке, уходит в тепловой «свисток».)

Этих недостатков лишена трехслойная структура со спиновыми нановолнами в анизотропной среде, свойства которой описаны в журнале Nature Nanotechnology. Авторы указывают, что им удалось наблюдать спиновые волны длиной от микрона до 150 нм с частотами от 250 МГц до 3ГГц. К тому же электроника требует «разогрева», в то время как спин, пребывающий в двух возможных состояниях, «включается» мгновенно.

В Бристольском университете также сделали шаг в направлении демистификации квантового мира. Английским физикам удалось оптически реализовать одновременное измерение двух составляющих кубита (квантового бита информации). Возможно, что тем самым наконец-то поколеблен классический принцип неопределенности Гейзенберга. Это может широко применяться в одновременных квантовых измерениях, например метрологии и фотонике.

Еще один шаг в сторону квантового компьютера сделали специалисты Института стандартов и технологии в Вашингтоне, создавшие кольцевой резонатор, в котором удалось объединить фотоны видимого света и те, что используются в системах оптоволоконных сетей.

Алмаз с вакансией, возбуждаемой зеленым лазером и испускающей неполяризованные одиночные фотоны. Фото Physorg

Вернер Гейзенберг был одним из отцов-основателей квантовой физики, среди которых был и австриец Эрвин Шредингер. Среди специалистов хорошо известен провозглашенный им и осуществленный на практике энтенглмент – мгновенная связь свойств удаленных друг от друга квантовых частиц. Вот такую-то связь и осуществили в круговом резонаторе из нитрида кремния (Si3N4). В этом устройстве два фотона, находящиеся на расстоянии 20 км друг от друга, как-то «узнают» друг о друге и мгновенно обмениваются информацией (памятью). Резонатор при этом генерировал 18400 +/– 1000 фотонных пар в секунду.

По другую сторону Американского континента, в Беркли, лазер использовали в качестве световой дрели, благодаря чему был достигнут новый рекорд в ускорении электронов. Об этом пишет журнал Physical Review Letters. Достижение тем интереснее, что среди авторов статьи много наших соотечественников из Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, которые вместе с коллегами из Чехии участвовали в разгоне электронов. Продолжительность лазерного импульса при этом не превышала 35 фемтосек (10–15 с), при этом электроны «ехали» на гребне плазменной волны, создаваемой в сапфировом цилиндре длиной 20 см.

Источник: http://www.ng.ru/science/2019-05-21/14_7578_wave.html