Новое исследование на двумерный дисульфид вольфрама (рабочий поток 2) можно открыть дверь с достижениями в области квантовых вычислений.
В документе, опубликованном в сентябре. 13 в природе связи, ученые сообщают, что они могут управлять электронными свойствами этого супер-тонкого материала способами, которые могут быть полезны для кодирования квантовой информации.
Исследование посвящено долин энергии рабочий поток 2, который физик Университета в Буффало Хао Цзен, со-ведущий автор статьи, описывает как «локальные энергетические экстремумы электронной структуры в кристаллических твердых».
Долин соответствуют определенные энергии, которые электроны могут иметь в материалом, и наличие электрона в одной долине по сравнению с другой может быть использован для кодирования информации. Электрон в одном ущелье может представлять собой 1 в двоичном коде, в то время как электрон в другие может представлять собой 0.
Умение контролировать, где электроны могут быть найдены, может принести достижений в области квантовых вычислений, что позволяет создавать кубиты, базовая единица квантовой информации. Кубиты обладают загадочным качеством способные существовать не только в состоянии 1 или 0, но в «суперпозиции», касающихся обоих государств.
В статье в природе связи знаменует собой шаг в сторону будущих технологий, демонстрируя новый метод манипулирования государствами долины в рабочий поток 2.
Цзен н., профессор физики в УБ колледж искусств и наук, руководил проектом с Атосом Петру, кандидат медицинских наук, Заслуженный УБ профессор физики, и Ренат Sabirianov, профессор кафедры физики Университета Небраски в Омахе. Дополнительные соавторы включены физика УБ аспирантов Тензин Норден, Чуан Жао и Peiyao Чжан. Исследование финансировалось Национальным научным фондом.
Долин смещается дисульфид вольфрама энергии
Двумерный дисульфид вольфрама представляет собой один слой материала, который в три атома толщиной. В этой конфигурации, почтовый индекс WS2 имеет две долины энергии, как с той же энергией.
Последние исследования показали, что применение магнитного поля может перенести энергию из долин в противоположных направлениях, что понижает энергию из одной долины, чтобы сделать его «глубже» и более привлекательным для электронов, в то время как повышение энергии в другой долине, чтобы сделать его «меньше,» говорит Цзэн.
Новое исследование опирается на предыдущие работы, добавив еще одно нововведение.
«Мы показываем, что сдвиг в энергии двух долин может быть увеличена на два порядка, если мы помещаем тонкий слой магнитного сульфида европия под дисульфид вольфрама», — говорит Цзэн. «Когда мы затем нанесите магнитного поля 1 Тесла, мы сможем достичь очень большой сдвиг в энергетическом долин — равносильно тому, что мы могли бы надеяться достичь путем применения магнитного поля около ста Тесла, если сульфида европия не присутствовали.»
«Размер эффект был очень большой … это как с помощью магнитного поля усилителя,» — говорит Петру. «Это было так удивительно, что мы должны были проверить его несколько раз, чтобы убедиться, что мы не совершаем ошибки».
Конечным результатом? Способность манипулировать и обнаруживать электронов в долинах значительно усиливается, качествами, которые могли бы облегчить управление кубитов для квантовых вычислений.
Долина государств в качестве кубитов для квантовых computinг
Как и другие формы квантовых вычислений, долина на основе квантовых вычислений будет опираться на причудливые свойства субатомных частиц-в данном случае электронов-выполнять разнообразные расчеты.
Электроны ведут себя таким образом, что может показаться странным-они могут быть в нескольких местах одновременно, например. В результате, 1 и 0-не единственные возможные состояния в системах, использующих электронов в долинах как кубиты. Кубит также может находиться в любой суперпозиции этих состояний, что позволяет квантовым компьютерам, чтобы исследовать многочисленные возможности одновременно, — говорит Цзэн.
«Вот почему квантовые вычисления настолько мощный, для некоторых специальных задач», — говорит Цзэн. «Из-за вероятностный и случайный характер квантовых вычислений, это особенно подходит для приложений, таких как искусственный интеллект, криптография, финансовое моделирование и квантово-механического моделирования для разработки более качественных материалов. Однако, много препятствий нужно преодолеть, и мы, вероятно, через много лет, если масштабируемой универсальный квантовый компьютер когда-нибудь станет реальностью».
Новое исследование основывается на район и до работы Петроу, в котором они использовали сульфид европия и магнитных полей для изменения энергии двух долин в другом 2D материал: диселенид вольфрама (WSe2).
Хотя почтовый индекс WS2 и WSe2 похожи, они по-разному отреагировали на «Долинное расщепление» упражнения. В рабочий поток 2, Валли, что есть «глубже» был аналогом долины в WSe2, что стал «мельче», а наоборот, создает возможности для изучения того, как это различие может обеспечить гибкость в применениях технологии.
Одна характерно, что доля материалов может принести пользу квантовых вычислений: в обоих почтовый индекс WS2 и WSe2, электроны заполнения двух долин энергии имеют противоположные спины, форма импульса. Хотя этот признак не является необходимым для создания кубита, это «предоставляет определенную защиту квантовых состояний, что делает их более надежными», — говорит Цзэн.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!