Oamenii de ştiinţă au descoperit o modalitate de a folosi un material cuantic şi magnetismul pentru a stoca informaţie cuantică într-un spaţiu cu o singură dimensiune, conform unui studiu publicat la 19 februarie în jurnalul Nature Materials, transmite marţi Live Science, conform Agerpres.
Bromura de sulfură de crom este un material neobişnuit cu o structură formată din doar câteva straturi de atomi. Oamenii de ştiinţă consideră că acest material este extrem de promiţător pentru dispozitive cuantice pentru că multe dintre proprietăţile sale pot fi folosite pentru orice tip de stocare a informaţiei. Poate fi folosit pentru a stoca informaţie folosind o sarcină electrică, ca fotoni, prin magnetism şi chiar prin fononi – particule asociate vibraţiilor sunetelor.
Una dintre modurile în care bromura de sulfură de crom poate fi folosită pentru a stoca informaţie este prin excitoni, cvasiparticule care se formează atunci când un electron şi golul său (lipsa sa) devin legaţi împreună.
Un material este extrem de promiţător pentru dispozitive cuantice
Teoria cuantică a corpurilor solide subînţelege prin gol lipsa unui electron. Golul se manifestă într-un corp solid, în speţă, în semiconductoare. El este analog pozitronului din teoria cuantică relativistă. Interacţiunea electronilor cu golurile se manifestă de asemenea în multe privinţe în mod analog, prin anihilări, recombinare, sau prin formarea de sisteme legate.
Atunci când un foton este scos din starea sa energetică împământată, lasă în urma sa, efectiv, un gol. Deşi sunt separaţi, fotonul şi golul rămân legaţi împreună şi formează un exciton.
Cercetări anterioare au arătat că aceşti excitoni se pot forma uneori în linie dreaptă într-un material. Ei exercită şi proprietăţi magnetice neobişnuite. material este extrem de promiţător pentru dispozitive cuantice
La temperaturi mai mici de 132 Kelvin (-141 Celsius), straturile materialului sunt magnetizate şi electronii sunt aliniaţi, în timp ce direcţia câmpului magnetic se schimbă pentru fiecare strat al materialului.
O descoperire care rescrie regulile stocării informației
Atunci când bromura de sulfură de crom este încălzită la peste 132 K, materialul îşi pierde magnetizarea, iar electronii se pot deplasa în direcţii aleatoare. În această stare nemagnetizată, excitonii nu mai sunt prinşi şi se extind peste mai multe straturi ale materialului.
Însă, atunci când bromura de sulfură de crom are o grosime monoatomică, excitonii sunt prinşi într-o singură dimensiune. Atunci când sunt folosiţi în dispozitive cuantice, această restricţie permite informaţiei cuantice din excitoni să fie păstrată mult mai mult timp din cauza scăderii riscului ca excitonii să intre în coliziune unii cu alţii şi să piardă informaţia pe care o transportă prin decoerenţă (pierderea informaţiei cuantice din cauza interferenţei).
În cadrul noului studiu, cercetătorii au anunţat că au produs excitoni în bromura de sulfură de crom prin eliberarea unor impulsuri de lumină infraroşie în 20 de succesiuni rapide cu durata de doar 20 de cvadrilionimi de secundă (20 x 10 la puterea -15).
Apoi au folosit un al doilea laser cu infraroşu pentru a trece excitonii într-un nivel energetic mai ridicat şi au descoperit că au creat două variaţii diferite de excitoni, pe când ar fi trebuit ca toţi excitonii să aibă stări de energie identice.
Descoperirea ar putea schimba regulile jocului pentru electronica şi tehnologia informaţiei din viitor
Atunci când impulsurile de energie mai mică au fost emise de lasere de pe axe diferite, cercetătorii au descoperit că excitonii dependenţi de direcţie puteau fi limitaţi la o singură linie sau extinşi în trei dimensiuni. Trecerea de la excitoni unidimensionali la excitoni tridimensionali a explicat durata de viaţă a excitonilor fără a se ciocni unii cu alţii.
„Ordinea magnetică este un nou sistem de reglare pentru modelarea excitonilor şi a interacţiunilor acestora. Aceasta ar putea schimba regulile jocului pentru electronica şi tehnologia informaţiei din viitor”, a declarat co-autorul studiului, Rupert Huber, profesor de fizică experimentală şi aplicată la Universitatea din Regensburg, Germania.
Unul dintre domeniile cheie pe care echipa de cercetare doreşte să le urmărească în continuare este investigarea posibilităţii ca aceşti excitoni să fie convertiţi în excitaţii magnetice în spinul electronic al materialului. Dacă ar reuşi acest lucru, ar putea oferi o metodă utilă pentru convertirea informaţiilor cuantice între diferite particule subatomice (fotoni, excitoni şi electroni).
O metodă rapidă pentru convertirea informaţiilor cuantice bazate pe fotoni şi spin
Comutarea între stările magnetizate şi cele nemagnetizate ar putea oferi o metodă rapidă pentru convertirea informaţiilor cuantice bazate pe fotoni şi spin.
„Viziunea pe termen lung este că am putea construi maşini sau dispozitive cuantice care utilizează aceste trei sau chiar toate cele patru proprietăţi: fotoni pentru transferul de informaţii, electroni pentru procesarea informaţiilor prin interacţiunile lor, magnetism pentru stocarea informaţiilor şi fononi pentru modularea şi transducerea informaţiilor la noi frecvenţe”, a declarat Mackillo Kra, coautor al studiului şi profesor de inginerie electrică şi informatică la Universitatea din Michigan.
