محققان منبع جدیدی از نور کوانتومی را توسعه دادند
توسط دیوید ال. چندلر برای MIT News
بوستون MA (SPX) 23 ژوئن 2023
با استفاده از مواد جدیدی که به طور گسترده به عنوان فتوولتائیک های خورشیدی جدید بالقوه مورد مطالعه قرار گرفته اند، محققان MIT نشان داده اند که نانوذرات این مواد می توانند جریانی از فوتون های منفرد و یکسان را ساطع کنند.
محققان می گویند در حالی که این کار در حال حاضر یک کشف اساسی از قابلیت های این مواد است، اما در نهایت ممکن است راه را برای کامپیوترهای کوانتومی مبتنی بر نوری جدید و همچنین دستگاه های انتقال کوانتومی احتمالی برای ارتباطات هموار کند. نتایج در مجله Nature Photonics در مقاله ای توسط دانشجوی فارغ التحصیل الکساندر کاپلان، استاد شیمی مونگی باوندی و شش نفر دیگر در MIT آمده است.
بیشتر مفاهیم محاسبات کوانتومی از اتم‌های فوق سرد یا اسپین‌های تک تک الکترون‌ها استفاده می‌کنند تا به عنوان بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌هایی که اساس چنین دستگاه‌هایی را تشکیل می‌دهند، عمل کنند. اما حدود دو دهه پیش برخی از محققان ایده استفاده از نور را به جای اجسام فیزیکی به عنوان واحدهای پایه کیوبیت مطرح کردند. از جمله مزایای دیگر، این امر نیاز به تجهیزات پیچیده و گران قیمت برای کنترل کیوبیت ها و ورود و استخراج داده ها از آنها را از بین می برد. در عوض، آینه های معمولی و آشکارسازهای نوری تمام آنچه مورد نیاز بود، خواهند بود.
کاپلان توضیح می‌دهد: «با این فوتون‌های کیوبیت‌مانند، فقط با اپتیک‌های خطی خانگی، می‌توانید یک کامپیوتر کوانتومی بسازید، مشروط بر اینکه فوتون‌های مناسبی را آماده کرده باشید.»
آماده سازی آن فوتون ها نکته کلیدی است. هر فوتون باید دقیقاً با ویژگی های کوانتومی قبلی مطابقت داشته باشد و غیره. هنگامی که این تطابق کامل حاصل شد، «تغییر پارادایم واقعاً بزرگ از نیاز به اپتیک بسیار شیک، تجهیزات بسیار فانتزی، به نیاز به تجهیزات ساده تغییر می‌کند. چیزی که باید خاص باشد خود نور است.»
سپس، باوندی توضیح می دهد، آنها این فوتون های منفرد را که از یکدیگر یکسان و غیرقابل تشخیص هستند، می گیرند و آنها را با یکدیگر برهم کنش می کنند. این عدم تمایز بسیار مهم است: اگر دو فوتون دارید، و «همه چیز در مورد آنها یکسان است، و نمی توانید شماره یک و شماره دو را بگویید، نمی توانید آنها را به این ترتیب پیگیری کنید. این چیزی است که به آنها اجازه می دهد تا به روش های خاصی که غیرکلاسیک هستند تعامل داشته باشند.
کاپلان می‌گوید: «اگر می‌خواهیم فوتون این ویژگی بسیار خاص را داشته باشد، یعنی از نظر انرژی، قطبش، حالت فضایی، زمان، همه چیزهایی که می‌توانیم به صورت مکانیکی کوانتومی رمزگذاری کنیم، باید منبع بسیار خوبی باشد. از نظر مکانیکی کوانتومی نیز به خوبی تعریف شده است."
منبعی که در نهایت از آن استفاده کردند، نوعی نانوذرات پروسکیت سرب- هالیت است. لایه های نازک پروسکایت های سرب هالید به طور گسترده به عنوان فتوولتائیک های بالقوه نسل بعدی دنبال می شوند، زیرا می توانند بسیار سبک تر و پردازش آسان تر از فتوولتائیک های استاندارد مبتنی بر سیلیکون امروزی باشند.
در شکل نانوذرات، پروسکایت‌های سرب هالید به دلیل سرعت تابش برودتی کورک‌آمیزشان قابل توجه هستند که آنها را از سایر نانوذرات نیمه‌رسانای کلوئیدی متمایز می‌کند. هر چه نور سریعتر ساطع شود، احتمال بیشتری وجود دارد که خروجی تابع موج مشخصی داشته باشد. بنابراین، سرعت تابش سریع، نانوذرات پروسکایت سرب هالید را به طور منحصربه‌فردی برای ساطع نور کوانتومی قرار می‌دهد.
برای آزمایش اینکه فوتون‌هایی که تولید می‌کنند واقعاً این ویژگی غیرقابل تشخیص را دارند، یک آزمایش استاندارد تشخیص نوع خاصی از تداخل بین دو فوتون است که به تداخل هونگ اوماندل معروف است. کاپلان می‌گوید این پدیده برای بسیاری از فناوری‌های مبتنی بر کوانتومی مرکزی است، و بنابراین نشان دادن حضور آن «نشانه‌ای برای تأیید این است که منبع فوتون می‌تواند برای این اهداف استفاده شود».
او می گوید که مواد بسیار کمی می توانند نوری را ساطع کنند که این آزمایش را برآورده کند. "آنها تقریباً می توانند از یک طرف فهرست شوند." در حالی که منبع جدید آنها هنوز کامل نیست و تنها در نیمی از زمان تداخل HOM را ایجاد می کند، سایر منابع مشکلات مهمی در دستیابی به مقیاس پذیری دارند. دلیل منسجم بودن منابع دیگر این است که آنها با خالص ترین مواد ساخته شده اند، و آنها به صورت تک تک، اتم به اتم ساخته شده اند. بنابراین، مقیاس‌پذیری بسیار ضعیف و تکرارپذیری بسیار ضعیفی وجود دارد.» کاپلان می‌گوید.
در مقابل، نانوذرات پروسکایت در یک محلول ساخته می‌شوند و به سادگی روی یک ماده زیرلایه رسوب می‌کنند. کاپلان می‌گوید: «ما اساساً آنها را روی یک سطح می‌چرخانیم، در این مورد فقط یک سطح شیشه‌ای معمولی. و ما شاهد چنین رفتاری هستیم که قبلاً فقط در سخت ترین شرایط آماده سازی دیده می شد.
بنابراین، حتی اگر این مواد هنوز کامل نباشند، "آنها بسیار مقیاس پذیر هستند، ما می توانیم تعداد زیادی از آنها را بسازیم. و در حال حاضر بسیار بهینه نیستند. ما می‌توانیم آنها را در دستگاه‌ها ادغام کنیم و می‌توانیم آنها را بیشتر بهبود ببخشیم.»
او می‌گوید در این مرحله، این کار «یک کشف بنیادی بسیار جالب» است که قابلیت‌های این مواد را نشان می‌دهد. "اهمیت کار این است که امیدواریم بتواند مردم را تشویق کند تا به دنبال چگونگی بهبود بیشتر این موارد در معماری های مختلف دستگاه باشند."
و باوندی اضافه می‌کند که با ادغام این تابش‌ها در سیستم‌های بازتابی به نام حفره‌های نوری، همانطور که قبلاً با سایر منابع انجام شده است، ما اطمینان کامل داریم که ادغام آنها در یک حفره نوری خواص آنها را به سطح رقابت می‌رساند. ”
تیم تحقیقاتی شامل Chantalle Krajewska، Andrew Proppe، Weiwei Sun، Tara Sverko، David Berkinsky و Hendrik Utzat بود. این کار توسط وزارت انرژی ایالات متحده و شورای تحقیقات علوم طبیعی و مهندسی کانادا حمایت شد.
گزارش تحقیق:تداخل هونگ اوماندل در نانوبلورهای پروسکایت کلوئیدی CsPbBr3
لینک های مرتبط
گروه شیمی MIT
همه چیز درباره انرژی خورشیدی در SolarDaily.com
- محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
- PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
- PlatoESG. خودرو / خودروهای الکتریکی، کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
- BlockOffsets. نوسازی مالکیت افست زیست محیطی. دسترسی به اینجا.
- منبع: https://www.solardaily.com/reports/Researchers_develop_a_new_source_of_quantum_light_999.html