Skręcenie cienkich warstw azotku boru może wreszcie urzeczywistnić obliczenia kwantowe, twierdzą badacze

Naukowcy z University of Technology Sydney wykazali nowy sposób kontrolowania maleńkich źródeł światła kwantowego poprzez skręcanie atomowo cienkich warstw heksagonalnego azotku boru – bo najwyraźniej komputery kwantowe potrzebowały odrobiny zakrętu.

Postęp ten daje naukowcom nową metodę strojenia emiterów kwantowych, czyli mikroskopijnych źródeł światła, które mogą odegrać ważną rolę w przyszłych technologiach, takich jak obliczenia kwantowe, bezpieczna komunikacja i ultraczułe czujniki. Główny autor, dr Angus Gale, powiedział, że praca oferuje badaczom cenne nowe narzędzie do uczynienia tych systemów kwantowych bardziej praktycznymi.

„Można zmierzyć te emitery kwantowe i zobaczyć, że istnieją, ale trudno sprawić, by działały w praktyce. To daje nam dźwignię, by się do tego zbliżyć – krok w kierunku realizacji technologii kwantowych” – powiedział dr Gale.

Podczas eksperymentów Gale i jego zespół odkryli, że skręcanie materiału może znacząco zmienić zarówno kolor, jak i długość fali światła emitowanego przez emitery kwantowe. Skala zmiany była szczególnie godna uwagi. Większość badań tworzy urządzenie pod określonym kątem skręcenia i pozostawia je bez zmian. Natomiast badacze byli w stanie wielokrotnie podnosić, obracać i ponownie układać materiał, co pozwoliło im na ciągłą modyfikację jego właściwości.

„Wykorzystujemy fakt, że ten materiał, heksagonalny azotek boru (hBN), jest warstwowy. Możemy go podnieść, ułożyć, skręcić i użyć tego skrętu do modyfikacji emiterów. Nie da się tego zrobić z tradycyjnymi materiałami, takimi jak diament czy węglik krzemu.”

„Korzyść polega na tym, że użyliśmy tej skręcalnej platformy do przesunięcia emisji o bardzo znaczną wartość” – powiedział Gale. „Często, gdy kontrolujesz te systemy, zakres manipulacji jest bardzo ograniczony, ale w tym przypadku przesunięcie było znacznie większe niż oczekiwano. Zamiast próbować sprawić, by defekty hBN zachowywały się jak tradycyjne ciała stałe, wykorzystaliśmy własną siłę hBN: jego cienką, warstwową, skręcalną strukturę.”

Gale porównał strukturę materiału do plasterków sera, a nie do stałego bloku. „Z blokiem sera nie można tak naprawdę dostać się do smaku w środku. Ale z plasterkami można oddzielać warstwy, składać je z powrotem i zmieniać sposób, w jaki oddziałują” – powiedział. Ponieważ hBN składa się z niezwykle cienkich warstw, badacze mogą rozdzielać i ponownie składać te warstwy w sposób niemożliwy w przypadku bardziej konwencjonalnych materiałów kwantowych.

Nadzorujący autor, profesor Igor Aharonovich, powiedział, że zdolność do skręcania warstwowych materiałów jest szczególnie ekscytująca, ponieważ może ujawnić zupełnie nowe zachowania fizyczne. „Możesz wziąć dwie warstwy, które same w sobie niewiele robią, złożyć je pod odpowiednim kątem i nagle masz zupełnie inny system” – powiedział profesor Aharonovich.

Według Aharonovicha odkrycia mogą pomóc w rozwoju kilku powstających technologii kwantowych. „Materiały te mogą ostatecznie zostać użyte do obliczeń kwantowych, komunikacji i wykrywania kwantowego, co pomoże w zastosowaniach takich jak opieka zdrowotna, cyberbezpieczeństwo i ulepszony GPS; i daje nam większą kontrolę nad elementami składowymi potrzebnymi do osiągnięcia tego celu.”