חוקרים מפתחים מקור חדש של אור קוונטי
מאת דיוויד ל. צ'נדלר עבור MIT News
Boston MA (SPX) 23 ביוני 2023
באמצעות חומרים חדשים שנחקרו בהרחבה כפוטו-וולטאים סולאריים פוטנציאליים חדשים, חוקרים ב-MIT הראו שננו-חלקיקים של חומרים אלה יכולים לפלוט זרם של פוטונים בודדים זהים.
בעוד שהעבודה היא כיום גילוי בסיסי של יכולות החומרים הללו, היא עשויה בסופו של דבר לסלול את הדרך למחשבים קוונטיים חדשים מבוססי אופטית, כמו גם התקני טלפורטציה קוונטיים אפשריים לתקשורת, אומרים החוקרים. התוצאות מופיעות בכתב העת Nature Photonics, במאמר של סטודנט לתארים מתקדמים אלכסנדר קפלן, פרופסור לכימיה Moungi Bawendi, ושישה אחרים ב-MIT.
רוב המושגים למחשוב קוונטי משתמשים באטומים קרים במיוחד או בספינים של אלקטרונים בודדים כדי לפעול כסיביות קוונטיות, או קיוביטים, המהווים את הבסיס של מכשירים כאלה. אבל לפני כשני עשורים כמה חוקרים הציעו את הרעיון של שימוש באור במקום בעצמים פיזיים כיחידות הקיוביט הבסיסיות. בין יתר היתרונות, הדבר יבטל את הצורך בציוד מורכב ויקר כדי לשלוט בקיוביטים ולהזין ולחלץ מהם נתונים. במקום זאת, מראות רגילות וגלאים אופטיים יהיו כל מה שצריך.
"עם הפוטונים דמויי הקיוביט האלה", מסביר קפלן, "עם אופטיקה לינארית 'ביתית' בלבד, אתה יכול לבנות מחשב קוונטי, בתנאי שיש לך פוטונים מוכנים כראוי."
ההכנה של אותם פוטונים היא דבר המפתח. כל פוטון צריך להתאים במדויק למאפיינים הקוונטיים של זה שלפני, וכן הלאה. ברגע שההתאמה המושלמת הושגה, "שינוי הפרדיגמה הגדול באמת משתנה מהצורך באופטיקה מאוד מפוארת, ציוד מאוד מפואר, לצורך רק בציוד פשוט. הדבר שצריך להיות מיוחד זה האור עצמו".
לאחר מכן, מסביר בוונדי, הם לוקחים את הפוטונים הבודדים האלה שהם זהים ואינם ניתנים להבחנה זה מזה, והם מקיימים ביניהם אינטראקציה. חוסר ההבחנה הזה הוא קריטי: אם יש לך שני פוטונים, ו"הכל לגביהם אותו דבר, ואתה לא יכול להגיד מספר אחד ומספר שתיים, אתה לא יכול לעקוב אחריהם כך. זה מה שמאפשר להם לקיים אינטראקציה בדרכים מסוימות שאינן קלאסיות".
קפלן אומר ש"אם אנחנו רוצים שלפוטון יהיה תכונה מאוד ספציפית זו, של להיות מוגדר היטב באנרגיה, קיטוב, מצב מרחבי, זמן, כל הדברים שאנחנו יכולים לקודד קוונטית מכנית, אנחנו צריכים שהמקור יהיה מאוד קוונטי מוגדר היטב גם מבחינה מכנית."
המקור שהם בסופו של דבר השתמשו בהם הוא סוג של ננו-חלקיקים עופרת-הליט פרובסקיט. סרטים דקים של עופרת-הליד פרוסקיטים נמצאים בחיפוש נרחב כפוטו-וולטאים פוטנציאליים של הדור הבא, בין היתר, מכיוון שהם יכולים להיות הרבה יותר קלים וקלים לעיבוד מהפוטו-וולטאים הסטנדרטיים של היום.
בצורת ננו-חלקיקים, עופרת-הליד פרוסקיטים בולטים בקצב הקרינה הקריוגנית המהירה ביותר שלהם, אשר מבדיל אותם מננו-חלקיקים מוליכים למחצה קולואידים אחרים. ככל שהאור נפלט מהר יותר, כך גדל הסיכוי שלפלט תהיה פונקציית גל מוגדרת היטב. קצבי הקרינה המהירים מציבים באופן ייחודי את חלקיקי הננו-חלקיקים של עופרת-הליד פרוסקיט כדי לפלוט אור קוונטי.
כדי לבדוק שלפוטונים שהם יוצרים באמת יש את התכונה הבלתי ניתנת להבחין, בדיקה סטנדרטית היא לזהות סוג מסוים של הפרעות בין שני פוטונים, המכונה התערבות Hong-Ou-Mandel. תופעה זו היא מרכזית בהרבה טכנולוגיות מבוססות קוונטים, אומר קפלן, ולכן הוכחת נוכחותה "היתה סימן היכר לאישור שניתן להשתמש במקור פוטון למטרות אלו".
מעט מאוד חומרים יכולים לפלוט אור שעומד במבחן הזה, הוא אומר. "אפשר לרשום אותם על יד אחת." בעוד שהמקור החדש שלהם עדיין לא מושלם, מייצר את הפרעות HOM רק כמחצית מהזמן, למקורות האחרים יש בעיות משמעותיות בהשגת מדרגיות. "הסיבה שמקורות אחרים הם קוהרנטיים היא שהם עשויים מהחומרים הטהורים ביותר, והם עשויים בנפרד אחד אחד, אטום אחר אטום. אז, יש יכולת מדרגיות גרועה מאוד ושחזור גרוע מאוד", אומר קפלן.
לעומת זאת, ננו-חלקיקי הפרובסקיט עשויים בתמיסה ופשוט מופקדים על חומר מצע. "אנחנו בעצם מסתובבים אותם על משטח, במקרה הזה רק משטח זכוכית רגיל", אומר קפלן. "ואנחנו רואים אותם עוברים את ההתנהגות הזו שקודם לכן נראתה רק בתנאי ההכנה המחמירים ביותר".
לכן, למרות שהחומרים האלה אולי עדיין לא מושלמים, "הם מאוד ניתנים להרחבה, אנחנו יכולים לעשות מהם הרבה. והם כרגע מאוד לא אופטימליים. אנחנו יכולים לשלב אותם במכשירים, ואנחנו יכולים לשפר אותם עוד יותר", אומר קפלן.
בשלב זה, הוא אומר, העבודה הזו היא "תגלית בסיסית מאוד מעניינת", המראה את היכולות של החומרים הללו. "החשיבות של העבודה היא שבתקווה שהיא יכולה לעודד אנשים לבדוק כיצד לשפר עוד יותר את אלה בארכיטקטורות מכשירים שונות."
ובנונדי מוסיף, על ידי שילוב פולטים אלה במערכות רפלקטיביות הנקראות חללים אופטיים, כפי שכבר נעשה עם המקורות האחרים, "יש לנו ביטחון מלא ששילובם בחלל אופטי יביא את המאפיינים שלהם לרמת המתחרים. ”
צוות המחקר כלל את Chantalle Krajewska, Andrew Proppe, Weiwei Sun, Tara Sverko, David Berkinsky, והנדריק Utzat. העבודה נתמכה על ידי משרד האנרגיה האמריקאי ומועצת המחקר למדעי הטבע וההנדסה של קנדה.
דו"ח מחקר:"התערבות הונג-או-מנדל בננו-גבישים מסוג CsPbBr3 פרוסקיט קולואידיים"
קישורים קשורים
המחלקה לכימיה של MIT
הכל על אנרגיה סולארית באתר SolarDaily.com
- הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
- PlatoESG. רכב / רכבים חשמליים, פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
- BlockOffsets. מודרניזציה של בעלות על קיזוז סביבתי. גישה כאן.
- מקור: https://www.solardaily.com/reports/Researchers_develop_a_new_source_of_quantum_light_999.html