Diamant koblet til carbon nanorør kunne bruges til kvant information behandling

Jacqueline Kennedy: White House Tour - Documentary Film (Juli 2019).

Anonim

(Phys.org) - Ved at placere et lille stykke diamant omhyggeligt inden for få nanometer af en carbon nanorør, og derefter sende en elektrisk strøm gennem nanorøret, har forskere designet en enhed, der en dag kunne danne byggestenene for kvantinformationsbehandling systemer. I deres seneste undersøgelse har de vist, at den elektrificerede nanorør er mekaniske vibrationer par til de magnetiske (eller spin) egenskaber ved defekter i diamanten. Denne kobling tillader, at nanorørens og diamantens kvantestande overføres til hinanden såvel som til en anden diamant placeret adskillige mikrometer væk.

Forskerne, Peng-Bo Li et al., Har udgivet et papir om den nye hybrid quantum-enhed i et nylig udgave af Physical Review Letters.

Diamanter og carbon nanorør, der er begge carbonallotroper, har hver deres egne unikke egenskaber, der gør det muligt at opbygge en sådan enhed. Diamond indeholder defekter kaldet nitrogen-ledige centre, der udsender stærkt sammenhængende lyse rødt lys. Manglernes optiske egenskaber kan styres godt, således at de optager en af ​​to forskellige tilstande, hvilket gør det muligt for defekterne at fungere som qubits. Carbon nanorør er for deres del velkendte for deres yderst fordelagtige mekaniske og elektriske egenskaber.

Både diamanter og carbon nanorør er blevet bredt undersøgt som separate enheder, men sjældent sammen som en integreret enhed. For nylig har relateret forskning vist, at nitrogencentralcentrene i diamant kan kobles til en mekanisk resonator, såsom en vibrerende cantilever, således at diamantens (spin) egenskaber kobles til resonatorens mekaniske bevægelse. Koblingsstyrken i disse indretninger har imidlertid altid været relativt svag.

Det nye arbejde uddyber denne ide ved at forbinde et kvælstof-ledighedscenter i diamant til en carbon nanorør, der kan laves til resonans ved at sende en 60 μA elektrisk strøm gennem den. Forskerne forklarer, at koblingen mellem nanorør og diamantfejl sker af samme grund, at en elektrisk strøm skaber et nærliggende magnetfelt, men på kvanteskalaen.

"Denne enhed svarer til en kvanteversion af Oersteds klassiske eksperiment: En strømbærende ledning skaber et magnetfelt omkring det, som vil frembringe en kraft, der virker på en magnetisk nål, " Li, en fysiker hos RIKEN i Saitama, Japan og Xi -og Jiaotong University i Kina, fortalte Phys.org.

På grund af de usædvanlige egenskaber ved de to carbonallotroper udviser den resulterende hybridanordning en magnetisk koblingsstyrke, der er tre størrelsesordener stærkere end tidligere beslægtede enheder. Samspillet mellem de to komponenter kan også indstilles ved at styre den elektriske strøm gennem nanorøret.

Forskernes forslag viser også, at kvanteforholdene i nitrogencentret og nanotuben kan overføres til hinanden, når de er koblet, samt til et fjernt diamants nitrogenopslagscenter, der er koblet til samme vibrationsmodus af nanorør. I fremtiden kunne nitrogencentralcentrene anvendes som qubits, og evnen til hurtigt og effektivt at styre disse qubits stater kunne danne grundlag for kvantinformationsbehandlingssystemer og også blive anvendt som nanoskala sensorer.

"Denne enhed kunne bruges til at mekanisk adressere kvante logiske porte baseret på elektriske spins og kunne fungere som nye nanoskala sensorer til at registrere små tryk, temperatur, elektriske og magnetiske felt ændringer i fysiske og biovidenskab, " sagde Li.

Forskerne fandt også, at denne enhed opfører sig meget på samme måde som QED-enheder (cavity quantum electrodynamics), så yderligere forbedringer kan gøres ved at anvende den store viden om hulrum QED til de nye enheder.

menu
menu