Все новости

Из "плоского" материала создали идеальный источник света для квантовых компьютеров

Им можно достаточно легко управлять

ТАСС, 13 июля. С помощью выгнутых листов из двумерного диселенида вольфрама физики создали идеальные источники одиночных фотонов, которые можно использовать в квантовых компьютерах. Результаты работы опубликовал научный журнал Nature Nanotechnology.

"Это открытие означает, что теперь мы можем располагать излучатели одиночных фотонов в любых произвольных точках и управлять их свойствами в очень широком диапазоне, меняя форму изгиба и натяжение материала. Это критически важно для того, чтобы создавать квантово-оптические цепочки. Они нужны для работы квантовых компьютеров или симуляторов", – рассказал один из авторов исследования, доцент Колумбийского университета (США) Джеймс Шак.

Достаточно долгое время ученые считали, что все твердые материалы в природе могут быть только трехмерными. Эта идея пошатнулась только в середине прошлого столетия, когда математики и физики теоретики доказали, что "плоские" атомные структуры в принципе могут существовать и что они могут быть стабильными.

Первый подобный материал в 2004 году открыли физики российского происхождения Андрей Гейм и Константин Новоселов. Изучая электрические свойства графита, они случайно обнаружили очень простой, но при этом эффективный способ производства графена – "двумерной" формы углерода.

Впоследствии физики и химики открыли множество других плоских материалов, которые не уступают графену в интересности​. К примеру, подобными свойствами обладает дисульфид молибдена (МoS2), а также нитрид бора и некоторые другие относительно простые по структуре вещества.

Идеальная управляемость

В новом исследовании Шак и его коллеги изучали то, как взаимодействуют со светом плоские материалы, которые состоят из серы и других элементов ее подгруппы в таблице Менделеева, а также так называемых переходных металлов, среди которых вольфрам и молибден. При этом они открыли интересное свойство селенида вольфрама (WSe2), "брата-близнеца" дисульфида молибдена.

Как показывают расчеты, в плоских листах из подобных материалов электроны должны активно взаимодействовать со светом и другими формами электромагнитных волн. Благодаря этому их можно использовать во многих практических областях.

Руководствуясь подобными соображениями, физики изучили, как меняется характер взаимодействий между светом и листами подобных материалов, если внутри них возникают различного рода дефекты и деформации. Эти опыты неожиданно показали, что из-за растягивания или выгибания листа диселенида вольфрама формируются точечные источники одиночных фотонов диаметром в 50 нм. Энергией и другими свойствами таких источников можно достаточно удобно управлять.

Последующие опыты и наблюдения показали, что частицы света возникали из-за того, что материал деформировался, а не из-за скрытых разрывов или чужеродных примесей в его атомной решетке. Благодаря этому можно очень точно задавать ту точку, где будет расположен источник света. Если бы его порождали случайные дефекты и атомы, это было бы невозможно.

"Опыты показывают, что мы находимся в одном шаге от создания полностью управляемых источников одиночных фотонов, которые при этом могут работать при комнатной температуре. Это откроет дорогу для создания полноценных квантовых фотонных устройств, которые радикально изменят мир компьютерных, сенсорных и информационных технологий", – подытожил Шак.