Лазерный импульс, который нарушает симметрию световых волн, может манипулировать квантовой информацией.

По словам исследователей, это открытие приближает человечество к квантовым вычислениям при комнатной температуре.

Scalable high-repetition-rate sub-half-cycle terahertz pulses from spatially indirect interband transitions

Intense phase-locked terahertz (THz) pulses are the bedrock of THz lightwave electronics, where the carrier field creates a transient bias to control electrons on sub-cycle time scales. Key applications such as THz scanning tunnelling microscopy or electronic devices operating at optical clock rates call for ultimately short, almost unipolar waveforms, at megahertz (MHz) repetition rates. Here, we present a flexible and scalable scheme for the generation of strong phase-locked THz pulses based on shift currents in type-II-aligned epitaxial semiconductor heterostructures. 
https://www.nature.com/articles/s41377-022-00824-6

Квантовые вычисления могут решить проблемы, для которых нужно одновременно изучить множество переменных. В частности, это поможет при поиске лекарств, прогнозировании погоды и шифровании информации.

Обычные компьютерные биты кодируют либо 1, либо 0, но квантовые биты, или кубиты, могут быть и 0 и 1 одновременно. По сути, это позволяет квантовым компьютерам работать с несколькими сценариями одновременно, а не исследовать их один за другим. Однако эти смешанные состояния длятся недолго, поэтому обработка информации должна быть быстрее, чем то, что сегодня могут обеспечить электронные схемы.

Лазерные импульсы можно использовать, чтобы манипулировать энергетическими состояниями кубитов. Так можно получить различные способы вычислений, если носители заряда, используемые для кодирования квантовой информации, могут перемещаться — в том числе при комнатной температуре. 

Терагерцовый свет, который находится между инфракрасным и микроволновым излучением, колеблется достаточно быстро, чтобы сделать вычисления быстрыми. Но есть проблема, связанная с самими волнами. А именно, электромагнитные волны должны производить колебания, которые являются как положительными, так и отрицательными, которые в сумме равны нулю.

Положительный цикл может перемещать носители заряда, такие как электроны. Но отрицательный цикл возвращает заряды туда, откуда они появились. Чтобы надежно управлять квантовой информацией, нужна асимметричная световая волна.

Поскольку волны, которые являются только положительными или только отрицательными, физически нельзя получить, международная команда придумала способ решить вопрос иначе. 

Они создали эффективно однополярную волну с очень резким высокоамплитудным положительным пиком, который окружен двумя длинными низкоамплитудными отрицательными пиками. Это делает положительный пик достаточно сильным, чтобы перемещать носители заряда, в то время как отрицательные пики слишком малы, чтобы обернуть эффект вспять.

Дальше команда планирует использовать эти импульсы для манипулирования электронами в квантовых материалах комнатной температуры, чтобы исследовать механизмы квантовой обработки информации. Импульсы также можно использовать для сверхбыстрой обработки обычной информации.

Источник: https://hightech.fm/2022/05/24/unipolar-laser-pulses