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扭曲的光促成量子计算机芯片的突破

扭曲的光线会导致断裂……
一名艺术家对新型量子计算设备的印象,它可以在室温下根据需要左右扭曲光的偏振
一名艺术家对新型量子计算设备的印象,它可以在室温下根据需要左右扭曲光的偏振
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一名艺术家对新型量子计算设备的印象,它可以在室温下根据需要左右扭曲光的偏振
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一名艺术家对新型量子计算设备的印象,它可以在室温下根据需要左右扭曲光的偏振

量子计算机有可能大大超过传统计算机,但目前它们大多局限于实验室和大型实验装置。日本研究人员现在已经朝着更易于使用的量子计算设备迈出了一步,他们找到了一种在室温下“扭曲”光的方法。

某些类型的量子计算机使用光子作为它们携带数据的粒子。为了将信息编码到这些光子中,设备中的电子被操纵成一种特定的状态,这种状态要么表示零,要么表示1。当这些电子与某些发光材料相互作用时,它们将信息传递给光子,光子可以存储和传输信息。

在量子计算机中编码数据的一种新兴方法是通过谷偏振光。从本质上讲,电子可以存在于几个不同的能带中,在它们之间的能量较低的“谷”中。当这些谷中的电子在设备中产生光时,它们会产生偏振光的圆形图案,可以向左或向右扭曲(这是一种称为手性的特性),这在量子信息存储和传输方面具有很强的潜力。

问题是,这种扭曲的、手性的谷偏振光通常只能在强磁体和接近绝对零度的温度下产生,所以它还停留在大型实验室的设置领域。但在这项新研究中,来自名古屋大学的研究人员发现了一种在室温下无需磁铁就能产生这种光的方法。

在早期的实验中,该团队创造了一种半导体设备,可以在零下193°C(-315°F)的温度下产生光。他们观察到,在该器件的某些部分,在较温暖的温度下会产生手性光——但只在合成过程中衬底被拉伸的地方。当衬底没有应变时,手性光在温度急剧下降时才会产生。

为了验证张力起作用的假设,该团队随后创造了一种新设备,由塑料基板上的二硫化钨制成。他们弯曲该装置以施加应力到材料上,发现它会产生与应力方向相同的电流。这反过来在室温下产生了谷偏振光。为了使光向相反的方向移动,可以施加一个电场。

“我们使用的应变单层半导体首次展示了一种发光装置,它可以在室温下用电产生和开关右偏振光和左偏振光,”该研究的联合首席作者Takenobu taiishi说。

该团队表示,这一突破可能导致更强大的消费级量子计算设备。未来的工作将集中在优化系统以实现这种可能性。

这项研究发表在杂志上先进材料

来源:名古屋大学

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