原子的“呼吸”是量子力学发展的新基石

发布时间：2023-06-07 10:17:23 所属栏目：外闻来源：

导读：华盛顿大学的研究人员发现，通过观察原子在受到激光刺激时发出的光的类型，他们可以探测到原子的“呼吸”，即两层原子之间的机械振动。这种原子“呼吸”的声音可以帮助研究人员编码和传输量子信

华盛顿大学的研究人员发现，通过观察原子在受到激光刺激时发出的光的类型，他们可以探测到原子的“呼吸”，即两层原子之间的机械振动。这种原子“呼吸”的声音可以帮助研究人员编码和传输量子信息。

“这是一个新的原子尺度的平台，使用了科学界所谓的‘光力学’，该光学和机械的运动在本质上是相联在一起的，”资深作者莫·李说，他是华盛顿大学电气、计算机工程和物理学教授。“它提供了一种新型的涉及量子效应，可用于控制通过集成光学电路的单光子，用于许多应用。”

此前，该团队研究了一种被称为“激子”的量子准粒子。信息可以被编码成激子，然后以光子的形式释放出来——光子是一种微小的能量粒子，被认为是光的量子单位。发射的每个光子的量子特性——比如光子的偏振、波长和/或发射时间——可以作为量子信息的一个量子比特，或“量子位”，用于量子计算和通信。由于这些量子比特由光子所携带,所以它的速度会像光速一样迅猛。

研究人员正在研究激子，以创造一个单一的光子发射器或“量子发射器”，这是基于光和光学的量子技术的关键组成部分。为了做到这一点，该团队将两层被称为二硒化钨的钨和硒原子放在彼此的顶部。

当研究人员应用精确的激光脉冲时，他们将二硒化钨原子的电子从原子核中撞开，从而产生了激子准粒子。在二硒化钨的一层上，每个激子由一个带负电的电子和一个带正电的空穴组成。由于相反的电荷相互吸引，电子和每个激子中的空穴紧密地结合在一起。过了一小会儿，当电子回到它之前占据的空穴时，激子发射出一个带有量子信息编码的光子，从而产生了研究小组想要创造的量子发射器。

“声子是二硒化钨材料的自然量子振动，它具有垂直拉伸两层中的激子-电子-空穴对的效果，”李说，他也是华盛顿大学量子x指导委员会的成员，也是纳米工程系统研究所的教员。“这对激子发射的光子的光学特性有非常强的影响，这是以前从未报道过的。”

当前研究人员仍然很好奇他们最终是否能将传统的声子计时器用于未来的量子技术。他们施加电压，发现它们可以改变相关声子的相互作用能量，并发射光子。通过将量子信息编码成单个光子发射的方式，这些变化是可测量和可控制的，这一切都是在一个集成系统中完成的——一个只涉及少量原子的设备。

“我们的首要目标是创建一个集成系统，量子发射器可以使用低密度的单个光子通过光学分辨率电路和近年新发现的声子传感器进行高性能的量子计算和量子传感，”李说。“这一进展肯定会为这一努力做出贡献，它有助于进一步发展量子计算，未来量子计算将有许多应用。”

（编辑：汽车网）

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