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admin2个月前255浏览量

导读

据奥地利维也纳大学官网近来报导,该校与西班牙巴塞罗那光子科学研讨所的物理学家们的最新研讨标明,经过裁制的石墨烯结构能使单光子相互作用。他们在石墨烯纳米带中发明出等离激元,并在此基础上构建出量子逻辑门。

布景

石墨烯,是一种功能杰出的二维资料,享有“新资料之王”的美誉。它是由单层碳原子组成的蜂窝状结构。



从理论上讲,石墨烯是最薄、最硬、强度最高的资料,厚度仅为人类发丝直径的百万分之一,硬度超越钻石,强度胜过钢铁百倍。


(图片来历:Red Orbit)


此外,石墨烯还具有杰出的导电性、导热性、透光性以及柔性。未来,石墨烯将敞开柔性电子、可穿戴设备以及物联网等范畴的全新使用。


(图片来历:Graphene Flagship)


石墨烯柔性超级电容(图片来历:曼彻斯特大学)


石墨烯柔性NFC天线(图片来历: Graphene Flagship)


立异

今日,笔者要带咱们一同看看,石墨烯怎么带来光学量子核算机方面的全新规划。

近来,奥地利维也纳大学(University of Vienna)与西班牙巴塞罗那光子科学研讨所的物理学家们的最新研讨标明,经过裁制的石墨烯结构能使单光子相互作用。他们提议的新式量子核算机架构宣布在最近一期的《npj Quantum Information》期刊上。


石墨烯基双光子逻辑门(图片来历:Thomas Rögelsperger,维也纳大学)


技能

光子简直不与环境发作交互,因而成为存储与传输量子信息的首要挑选。但是,正是由于这一特征,控制编码在光子中的信息变得特别困难。为了构建光子量子核算机,一个光子必须在一秒钟之内改动一次状况。这种器材也称为量子逻辑门,结构一个量子核算机需求数百万个逻辑门。完成量子逻辑门的办法之一,便是选用一种所谓的“非线性资料”。两个光子在这种资猜中相互作用。不幸的是,规范的非线性资料功率太低,以至于无法结构量子逻辑门。

最近,科学家们意识到,非线性相互作用能够经过选用等离激元来大幅改进。在等离激元中,光线与资料外表的电子绑定到一同。然后,这些电子能协助光子发生更激烈的相互作用。但是,规范资猜中的等离激元,在量子效应发生之前就会阑珊。

在新工作中,维也纳大学教授菲利普·瓦尔特(Philip Walther)领导的科学家团队提议在石墨烯中发明等离激元。这种二维资料从十多年前被发现的那一刻起,就一向为咱们带来惊喜。作为这种特别用处来说,石墨烯中电子的独特装备,将导致极强的非线性相互作用,以及能够继续很长时刻的等离激元。


纳米等离激元量子逻辑门的根本操作原理(图片来历:参考资料【1】)


在他们提议的石墨烯量子逻辑门中,科学家们表明如果在石墨烯纳米带中发明出单个等离激元,两个不同纳米带中的等离激元能够经过它们的电场相互作用。由于每个等离激元处于自己的纳米带中,多个逻辑门能够使用到量子核算所需的等离激元上。这项研讨的榜首作者伊拉蒂·阿隆索·卡拉菲尔(Irati Alonso Calafell)表明:“咱们现已证明,石墨烯中激烈的非线性相互作用,使得两个等离激元不可能落进同一个纳米带中。”


由非线性纳米带组成的依据外表等离激元的 SWAP1/2门(图片来历:参考资料【1】)


他们提议的计划利用了石墨烯的几个特性,每个特性都现已被单独地调查。维也纳大学的团队现在正在类似的石墨烯基体系上进行试验丈量,经过现有技能承认他们规划的逻辑门的可行性。由于逻辑门原本很小,而且需求在室温下操作,所以依据许多量子技能的要求,它应该需求很简单被按份额扩展。

关键字

量子、石墨烯、纳米带、等离激元

参考资料

【1】I. Alonso Calafell, J. D. Cox, M. Radonjić, J. R. M. Saavedra, F. J. García de Abajo, L. A. Rozema, P. Walther. Quantum computing with graphene plasmons. npj Quantum Information, 2019; 5 (1) DOI: 10.1038/s41534-019-0150-2

【2】https://medienportal.univie.ac.at/presse/aktuelle-pressemeldungen/detailansicht/artikel/quantum-computing-with-graphene-plasmons/

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