Kvantový „zázračný materiál“ může ukládat informace v jedné dimenzi díky nově objevenému magnetickému přepínání
Vědci zjistili, jak používat kvantový materiál k využití síly magnetismu k ukládání kvantových informací – díky své kapacitě podporovat magnetické přepínání (když směr magnetické polarizace přepíná). Říkají, že to může vést k životaschopnějšímu kvantové výpočetní techniky a snímání, díky mnohem dlouhodobějším kvantovým stavám.
Bromid bromidu chromu je neobvyklý materiál, který byl díky struktuře několika vrstev atomů přirovnáván k pečivo (tenké, složené vrstvy pečiva). Vědci považují za velmi slibné pro kvantová zařízení, protože mnoho jeho vlastností lze použít pro jakýkoli typ ukládání informací. Lze jej použít k ukládání informací pomocí elektrického náboje, jako fotony (jako světlo), prostřednictvím magnetismu (prostřednictvím elektronického rotace) a dokonce i prostřednictvím fononů-jako vibrace ze zvuku. Jeden z mnoha způsobů, jak by se bromid chromového sulfidu mohl použít k ukládání informací, je prostřednictvím excitonů-kvazi-party, které se tvoří, a jeho díra se spojí dohromady. Když se foton přesune ze svého uzemněného energetického stavu, efektivně zanechá díru, kde kdysi byla. Ačkoli jsou odděleny, foton a díra zůstávají spárovány dohromady a jsou známé jako exciton.
Předchozí výzkum zdůraznil, jak se tyto excitony mohou někdy tvořit v přímé linii materiálu. Tyto excitony však také vykazují neobvyklé magnetické vlastnosti.
Při teplotách menších než 132 Kelvin (-222 ° F nebo -141 ° C) jsou vrstvy materiálu magnetizovány a elektrony jsou zarovnány, zatímco směr spínačů magnetického pole pro každou vrstvu v materiálu.
Když je bromid chromového sulfidu zahříván na více než 132 K, materiál ztratí magnetizaci, protože elektrony se mohou pohybovat náhodnými směry. V tomto nemagnetizovaném stavu již excitony nejsou uvězněny a rozprostírají více vrstev materiálu.
Když je však bromid chromového sulfidu jen tlustý atom, jsou excitony omezeny na jednu dimenzi. Při použití v kvantovém zařízení by toto omezení mohlo umožnit kvantové informace v excitonech ukládat mnohem delší, než by to bylo jinak, protože excitony je méně pravděpodobné, že se navzájem srazí a ztratí informace, které nesou decoherence (ztráta kvantových informací v důsledku rušení).
Kvantové informace v jedné dimenzi
V nové studii zveřejněné 19. února v časopise Příroda Materiály, vědci uvedli, že produkovali excitony v bromidu sulfidu chromu vypálením pulzů infračerveného světla ve 20 výbuchtech trvajících pouze 20 kvadrilioniontů sekundy (20 x 10-15). Poté použili druhý infračervený laser k přesunutí excitonů do stavu s vyšší energií, než zjistili, že vytvořili dvě různé variace excitonu, když by jinak měli mít stejné stavy energie.
Když byly méně energetické impulzy zastřeleny lasery z různých os, vědci zjistili, že směr závislé excitony mohou být omezeny na jednu linii nebo rozšířeny do tří rozměrů. Změna z unidimenzionální; k trojrozměrným excitonám představovaly, jak dlouho mohou excitony vydržet, aniž by se navzájem srazily.
„Magnetický řád je nový ladící knoflík pro tvarování excitonů a jejich interakcí. Může to být měnič her pro budoucí elektroniku a informační technologii,“ řekl spoluautor studie Rupert HuberProfesor experimentální a aplikované fyziky na University of Regensburg v Německu.
Jednou z klíčových oblastí, které výzkumný tým chce sledovat dále, je prozkoumat, zda by tyto excitony mohly být přeměněny na magnetické excitace v elektronické rotaci materiálu. Pokud by toho dosáhli, mohla by poskytnout užitečnou metodu pro převod kvantových informací mezi různými subatomickými částicemi (fotony, excitony a elektrony).
Přepínání mezi magnetizovanými a nemagnetizovanými stavy by mohlo poskytnout rychlou metodu pro přeměnu kvantových informací založených na fotonu a spinu. Naděje s bromidem sulfidu chromu je využít všechny své vlastnosti pro použití v budoucích zařízeních.
„Dlouhodobá vize je, že byste mohli potenciálně stavět kvantové stroje nebo zařízení, která tyto tři nebo dokonce všechny čtyři z těchto vlastností používají: fotony k přenosu informací, elektrony pro zpracování informací prostřednictvím jejich interakcí, magnetismus pro ukládání informací a fonony modulovat a předávat informace do nových frekvencí,“ řekl spoluautor studie Mackillo Kraprofesor elektrického a počítačového inženýrství na University of Michigan, v a prohlášení.
