Открыт способ наноструктурирования искусственных атомов на микрочипе

Сверхсекретная онлайн-связь, совершенно неразборчивая в случае перехвата, стала на шаг ближе благодаря недавно опубликованному открытию Орегонского университета (UO; Eugene, OR) физика Бена Алемана / Ben Alemán.

Алеман, член Центра оптических, молекулярных и квантовых наук UО, создал искусственные атомы, которые работают в условиях окружающей среды. Исследование, опубликованное в журнале Nano Letters, может стать большим шагом в усилиях по развитию безопасных квантовых сетей связи и оптических квантовых вычислений.

"Большой прорыв заключается в том, что мы открыли простой, масштабируемый способ наноструктурировать искусственные атомы на микрочипе, и что искусственные атомы работают на воздухе, при комнатной температуре", - сказал Алеман, член института материаловедения UО.

"Наши искусственные атомы позволят создать много новых и мощных технологий", - сказал он (см.рисунок). "В будущем они могут быть использованы для более безопасных, полностью частных коммуникаций и гораздо более мощных компьютеров, которые могли бы разрабатывать спасающие жизнь лекарства и помогать ученым получить более глубокое понимание Вселенной с помощью квантовых вычислений".

Джошуа Циглер / Joshua Ziegler, исследователь докторантуры в лаборатории Алемана, и коллеги просверлили отверстия 500 nm шириной и 4 nm глубиной в тонком двумерном листе гексагонального нитрида бора, (который также известен как белый графен из-за его белого цвета и атомной толщины).

Чтобы просверлить отверстия, команда использовала процесс, похожий на промывку давлением, но вместо струи воды использует сфокусированный луч ионов, чтобы вытравить круги в Белом графене. Они после этого нагрели материал в кислороде, в условиях высоких температур, для того чтобы извлечь выпарки.

Используя оптическую конфокальную микроскопию, Циглер затем наблюдал крошечные пятна света, поступающие из просверленных областей. После анализа света с методами подсчета фотонов он обнаружил, что отдельные яркие пятна испускают свет на минимально возможном уровне - по одному фотону за раз. Эти узорные яркие пятна являются искусственными атомами и обладают многими из тех же свойств реальных атомов, как и однофотонное излучение. С успехом проекта, сказал Алеман, UO теперь находится впереди по разработке таких материалов в квантовых исследованиях.

Когда он присоединился к UO в 2013 году, он планировал осуществить идею в том, что искусственные атомы могут быть созданы в белом графене. Однако, прежде чем Алеман смог запустить свои собственные исследования, другая команда университета обнаружила искусственные атомы в хлопьях белого графена. Затем Алеман попытался развить это открытие. «Изготовление искусственных атомов - это первый шаг к их использованию в качестве источников одиночных частиц света в квантово-фотонных схемах», сказал он.

"Наша работа предоставляет источник одиночных фотонов, которые могут выступать в качестве носителей квантовой информации или кубитов. Мы создали модели этих источников, создавая столько, сколько мы хотим, и где мы хотим", - сказал Алеман. "Мы хотели бы объединить эти одиночные фотонные излучатели в схемы или сети на микрочипе, чтобы они могли разговаривать друг с другом или с другими существующими кубитами, такими как твердотельные спины или сверхпроводящие кубиты".

Соавторами статьи выступили докторанты UO Joshua Ziegler, Rachael Klaiss, Andrew Blaikie и David Miller, а также Viva Horowitz, профессор физики Гамильтонского колледжа в Нью-Йорке, которая провела лето 2018 года в лаборатории Алемана в качестве приглашенного профессора. Исследование, поддержанное Национальным научным фондом, было проведено в лаборатории Алемана, в центре передовых материалов UO в Орегоне и в Орегонском центре быстрого прототипирования материалов.

Изображение: эти узорные яркие пятна являются искусственными атомами и обладают многими из тех же свойств реальных атомов, как однофотонное излучение. Источник: University of Oregon.

Источник: Artificial atoms produce single photons at room temperature / Gail Overton / Орегонский университет // URL: https://www.laserfocusworld.com/articles/2019/04/artificial-atoms-produce-single-photons-at-room-temperature.html?cmpid=&utm_source=enl&utm_medium=email&utm_campaign=lfw_enewsletter&utm_content=2019-05-07&eid=324695413&bid=2438333 04/20/2019