분자 엔지니어는 전자의 양자동작을 기록

의학 연구자​​팀은 다이아몬드 나노스케일 결함에 포함된 개별 전자의 양자 역학적 동작을 기록할수 있는 기술을 개발했다. 시카고 주도. 이들 기술은 모두, 결함의 전체 양자상태를 제어하고 시간이 지남에 따라 어떻게 하나의 전자 상태로 변화를 관찰하기 위해, 레이저광의 초고속펄스를 사용한다.

 

0 또는 1 - -와 전자가 한 번에 여러 상태로 있을 수 있는 직관적 양자 세계를 포용한 연구는 과학이 기존의 이진 논리의 명확한 우주를 남길것을 요구 양자정보 처리의 새로운 과학에 기여한다. 이 팀은 스핀으로 알려진 전자의 양자역학적 특성을 연구. 종래의 시스템은 정보의 비트를 구성하는 전자의 전하상태를 사용하는 것과 마찬가지로, 양자 컴퓨터는 양자 비트 또는 큐 비트로서 전자의 스핀 상태를 사용한다. 이 작품은 양자 컴퓨팅 장치의 개발, 적절한 양자특성을 가지고 자료를 쉽게 식별할 수 있기 때문에 그들과 함께 와서 추가 컴퓨팅 성능을 가속화 할 수있다.

연구 스핀시스템은 질소공석(NV) 가운데, 결정 격자의 빈자리 옆 질소 원자로 이루어지는 다이아몬드에서 자연적으로 발생하는 결함 원자 크기로 알려져있다. "이 결함이 반도체 양자 비트뿐만 아니라 나노센서 개발을 위한 테스트 베드 시스템을 제공, 지난 10년 동안 큰 관심을 얻고있다"고 데이비드 Awschalom, UChicago에서 분자 공학의 Liew 교수는 말했다. "여기서는 완전히 매우 높은 속도에서 본 결함의 양자 상태를 제어 광을 이용할 수 있었다."

양자 스냅샷, 이 새로운 기술에서, 연구자들은 하나 NV 센터를 찾은후 레이저광의 매우 짧은 펄스의 쌍을 밝히는. 각 펄스는 피코초(또는 두 번째의 백만 분의 백만분의 일) 이하 지속됩니다. 첫 번째 펄스는 변경 또는 특성 방법으로 진화 결함 바운드 전자의 양자 상태를 흥분. 두 번째 펄스는 경과 시간에 양자 상태의 사진을 캡처, 진화를 중지합니다. 시간에 어떻게 양자 상태 변경의 영화 - 점진적으로 두 펄스 사이의 경과 시간을 확장하여, 팀은 양자 상태 스냅샷의 시퀀스를 생성합니다. 시간은 나노초(초의 백만 분의 천분)로 펨토초 짧게(두번째의 백만 분의 십억분의 일) 또는 긴것이 될 수 있습니다. 인간의 규모로,이 시간 범위는 시간과 세기의 차이와 같다.

시간 규모의 이 광대한 범위를 갖는 기술이 특히 유용합니다. 전자는 민감하고 여러 가지 방법, 특성 척도와 각각의 복잡한 지역 환경과 상호작용합니다. 이러한 시간 척도의 광범위한 테스트 할 수있는 것은 이전에 수득된 것보다 NV센터 역학 훨씬 더 완전한 그림을 준다.

목표는 이 현저한 결함 시스템에서 양자제어의 한계를 밀고 있었다. 펜실베니아 대학에서 전기 및 시스템 공학 조교수의 공동 주저자는 설명 "하지만 기술은 제공, 흥미 진진한 새로운 측정 도구입니다. 짧은 시간척도에 결함의 양자역학을 지시하는 빛의 펄스를 사용하여, 우리는 결함과 환경에 대한 풍부한 정보를 추출 할 수 있습니다. "

그것은 양자결함의 흥분상태의 전체 그림을 제공하는 매우 다양한 기법이다" F.조셉 Heremans, UChicago 학술박사, 종이에 다른 공동저자는 말했다. "질소센터 이전 작업은 이러한 프로세스의 일부 암시하고 있다, 그러나 여기에서, 단순히 이러한 초고속펄스의 응용 프로그램을 통해, 우리는이 양자짐승의 훨씬 풍부한 이해를 얻을 수 있다.