缺陷使光子成为量子计算的理想选择

释放双眼,带上耳机,听听看~!

如果你可以制作一个 光子,告诉它如何旋转并告诉它去哪里,你有一个基本元素,用于 下一代计算机 ,使用光而不是电线。

对于原子厚材料来说,这似乎是可能的,正如几个实验室所证明的那样。现在,莱斯大学的科学家已经开始了解二维材料可以通过哪种机制产生所需的光子。

材料理论家鲍里斯·雅科布森的莱斯实验室本月报道说,通过在二硫化钼等原子厚材料中加入预先排列的缺陷 ,它们完全能够根据需要发射左或右极化的单光子。

通过第一原理 模拟的发现 在美国化学学会期刊Nano Letters中有详细描述 。

光子来自2D晶格中的设计师缺陷,为半导体材料增加了自己独特的电子特性。对于二硫化钼 – 迄今为止它们的最佳候选者 – 恰好位于正确位置的一些铼构成了具有能量状态的原子配置,这些原子位于内部且与材料的自然带隙隔离。

一旦到位, 缺陷中原子的 磁矩可以与极化磁体对齐。用光激发它们使它们处于更高的能量状态,但带隙足够大,能量只有一条路可走:出来,作为令人垂涎的单光子。

“组成缺陷的原子具有随机的磁矩,但是磁场可以将它们带到特定的量子态,无论是向上还是向下,”Yakobson说。“在那之后,如果你在缺陷上发光,它会从基态变为激发态并发出一个理想的单光子,具有特定的偏振。这有点过了,这在量子信息处理中很有用 。“

“该缺陷的光学转换位于光纤通信频段,非常适合集成到光子电路中,”Rice研究生和主要作者Sunny Gupta补充说。

所有通过Yakobson,Gupta和校友吉辉阳建模的2D候选人是 二硫属化物,结合了半导体 过渡金属 和 硫族元素。它们也被建模 二硒化钨, 二硫化锆, 氮化硼, 钨二硫化物, diamane (2D金刚石,其 实验室开始合成),并且为了进行比较,3D金刚石。

“我们在这里争论的相对于3D材料的一个优点是光子的提取更容易,因为材料基本上是透明的,并且厚度很小,”Yakobson说。“光子不容易从3D材料中提取,因为它们可能会被内部反射停止,或者被折射,或者只是在材料中消散。但2D材料更加开放,光子在表面附近产生,使得它的提取更容易。“

光子去的地方,还没有人知道。“我们知道这种材料可以产生明确定义的极化和能量的光子,我们怀疑它的方向也是明确的,但只是概率性的,”Yakobson说。“但是,在有人试图在实验室中制造这些理论之前,我们不想过多地接受这些理论。”

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