科学者が原子間の呼吸を検出

ルオミン・ペン/ワシントン大学

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ワシントン大学の研究者らは、レーザーで刺激されたときに原子が発する光の種類を観察することにより、2つの原子層の間の機械的振動（原子の呼吸）を検出した。

これは金曜日に同機関が発表したプレスリリースによると。

この新たな開発は、量子コンピューティングの新しい手法につながる可能性があります。 実際、研究者らはすでに、量子技術の新しいタイプの構成要素として機能するデバイスを開発しました。

「これは、科学界で『オプトメカニクス』と呼ばれるものを使用した、新しい原子スケールのプラットフォームであり、光と機械の動きが本質的に結びついています」と、主著者で電気工学、コンピュータ工学と物理学を専門とするカリフォルニア大学教授のモー・リー氏は述べた。 。

「これは、多くの用途で集積光回路を通過する単一光子の制御に利用できる、新しいタイプの関与量子効果を提供します。」

新しい研究は、「励起子」と呼ばれる量子レベルの準粒子を調べた以前の研究に基づいている。 情報は励起子に符号化され、その後光子の形で放出され、その量子特性は光の速度で情報の量子ビット、つまり「量子ビット」として機能します。

「この研究の鳥瞰図は、量子ネットワークを実現可能にするには、量子ビットを確実に作成、操作、保存、送信する方法が必要だということです」と筆頭著者で、ウィスコンシン大学物理学博士課程の学生であるアディナ・リピンは述べた。

「光ファイバーを使用すると、エネルギーや情報の損失を少なくしながら、光子を長距離、高速で輸送できるため、この量子情報を伝送するには光子が自然な選択肢となります。」

次に、研究者らは、電圧を使用して量子技術にフォノンを利用できるかどうかをテストすることにしました。 彼らは、測定可能かつ制御可能な方法で、単一の統合システムで、関連するフォノンの相互作用エネルギーを変化させることができることを発見しました。

次にチームは、量子回路の強固な基盤を構築するための一歩として、複数のエミッターとそれに関連するフォノン状態を制御できるようにしたいと考えました。

「私たちの最も重要な目標は、光回路を通過する単一光子と新たに発見されたフォノンを使用して量子コンピューティングと量子センシングを実行できる量子エミッターを備えた統合システムを作成することです」とリー氏は声明で述べた。

「この進歩は確かにその取り組みに貢献し、将来的には多くの応用が可能になる量子コンピューティングのさらなる開発に役立ちます。」

この研究はNature Nanotechnology誌に掲載されています。

研究概要:

基本的な量子励起間の結合を工学的に操作することは、量子科学と技術の中心です。 顕著な例は、単一光子とフォノンの間の結合を制御し、量子情報変換を可能にするために利用できる量子光源の作成です。 今回我々は、励起子とフォノン間の高度に調整可能な結合を特徴とする量子エミッターの決定論的な作製を報告する。 量子エミッタは、ホモ二重層 WSe2 内に作成されたひずみ誘起量子ドット内に形成されます。 量子閉じ込め層間励起子と、励起子エネルギーを直接変調するテラヘルツ層間呼吸モードフォノンの共局在化により、単一光子放出への独特の強力なフォノン結合がもたらされ、Huang-Rhys 因子は最大 6.3 に達します。 層間励起子放出の単一光子スペクトルは、単一光子純度 > 83% と複数のフォノン レプリカを特徴とし、それぞれが量子エミッター内でのフォノン フォック状態の生成を示しています。 層間励起子の垂直双極子モーメントにより、フォノンとフォトンの相互作用は励起子とフォノンのデコヒーレンス率よりも高くなるように電気的に調整可能であるため、強結合領域に到達することが期待されます。 私たちの結果は、WSe2二重層の原子界面にある固体量子励起子光機械システムが、静止フォノンと結合した飛行フォトニック量子ビットを放出することを実証しており、これは量子変換や相互接続に利用できる可能性がある。