Gli scienziati rilevano il respiro tra gli atomi

Ruoming Peng/Università di Washington

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Ricercatori dell'Università di Washington hanno rilevato la vibrazione meccanica tra due strati di atomi (i respiri degli atomi) osservando il tipo di luce emessa da quegli atomi quando stimolati da un laser.

È quanto si legge in un comunicato stampa diffuso venerdì dall'istituzione.

Questo nuovo sviluppo potrebbe portare a un nuovo metodo per l’informatica quantistica. In effetti, i ricercatori hanno già progettato un dispositivo che potrebbe fungere da nuovo tipo di elemento costitutivo per le tecnologie quantistiche.

"Si tratta di una nuova piattaforma su scala atomica, che utilizza ciò che la comunità scientifica chiama 'optomeccanica', in cui la luce e i movimenti meccanici sono intrinsecamente accoppiati insieme", ha affermato l'autore senior Mo Li, professore di ingegneria e fisica dell'UW sia di ingegneria elettrica che informatica. .

"Fornisce un nuovo tipo di effetto quantistico che può essere utilizzato per controllare singoli fotoni che attraversano circuiti ottici integrati per molte applicazioni."

Il nuovo studio si basa su lavori precedenti che hanno esaminato una quasiparticella a livello quantistico chiamata “eccitone”. L’informazione può essere codificata in un eccitone e poi rilasciata sotto forma di un fotone le cui proprietà quantistiche possono funzionare come un bit quantistico di informazione, o “qubit”, alla velocità della luce.

"La visione a volo d'uccello di questa ricerca è che per avere una rete quantistica fattibile, dobbiamo avere modi per creare, operare, archiviare e trasmettere qubit in modo affidabile", ha affermato l'autrice principale Adina Ripin, dottoranda in fisica della UW.

"I fotoni sono una scelta naturale per trasmettere queste informazioni quantistiche perché le fibre ottiche ci consentono di trasportare fotoni su lunghe distanze ad alta velocità, con basse perdite di energia o informazioni."

Successivamente, i ricercatori hanno deciso di testare se potevano sfruttare i fononi per la tecnologia quantistica utilizzando la tensione elettrica. Hanno scoperto che potevano variare l'energia di interazione dei fononi associati in modi misurabili e controllabili e in un unico sistema integrato.

Successivamente il team voleva essere in grado di controllare più emettitori e i loro stati fononici associati, un passo avanti verso la costruzione di una base solida per i circuiti quantistici.

"Il nostro obiettivo generale è creare un sistema integrato con emettitori quantistici in grado di utilizzare singoli fotoni che attraversano circuiti ottici e i fononi appena scoperti per eseguire calcoli e rilevamenti quantistici", ha affermato Li nella dichiarazione.

"Questo progresso contribuirà sicuramente a questo sforzo e aiuta a sviluppare ulteriormente l'informatica quantistica che, in futuro, avrà molte applicazioni."

Lo studio è pubblicato su Nature Nanotechnology.

Estratto dello studio:

Progettare l’accoppiamento tra eccitazioni quantistiche fondamentali è al centro della scienza e delle tecnologie quantistiche. Un caso eccezionale è la creazione di sorgenti di luce quantistica in cui l’accoppiamento tra singoli fotoni e fononi può essere controllato e sfruttato per consentire la trasduzione dell’informazione quantistica. Qui riportiamo la creazione deterministica di emettitori quantistici caratterizzati da un accoppiamento altamente sintonizzabile tra eccitoni e fononi. Gli emettitori quantistici sono formati in punti quantici indotti da deformazione creati nell'omobistrato WSe2. La colocalizzazione di eccitoni interstrato confinati quantistici e fononi in modalità respirazione interstrato terahertz, che modula direttamente l'energia degli eccitoni, porta a un accoppiamento fonico unico e forte con l'emissione di un singolo fotone, con un fattore Huang-Rhys che arriva fino a 6,3. Lo spettro di un singolo fotone dell'emissione di eccitoni interstrato presenta una purezza di un singolo fotone >83% e molteplici repliche di fononi, ciascuna delle quali annuncia la creazione di uno stato di Fock fonico nell'emettitore quantistico. A causa del momento di dipolo verticale dell’eccitone interstrato, l’interazione fonone-fotone è elettricamente sintonizzabile per essere superiore al tasso di decoerenza dell’eccitone e del fonone, e quindi promette di raggiungere il regime di accoppiamento forte. Il nostro risultato dimostra un sistema eccitonico-optomeccanico quantistico allo stato solido all’interfaccia atomica del doppio strato WSe2 che emette qubit fotonici volanti accoppiati con fononi stazionari, che potrebbero essere sfruttati per la trasduzione quantistica e l’interconnessione.