量子電腦新技術:常溫下可控手性光源設備

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【大紀元2021年09月28日訊】(大紀元記者高文森編譯報導)日本科學家發明了一種技術,在無需磁場和低溫的情況下產生環形偏振光,還可以通過電場控制改變其偏振手性。這種材料將在量子信息處理研究領域有重要用途。

光子具有一系列靈活的特性,可用於存儲和傳輸數據,是現在量子電腦研究廣泛採用的技術之一。

為了實現量子信息處理,信息先是存儲在電子上,再通過與物質的互動產生承載數據的光子。信息通常被儲存在電子的自旋方向這個特性上,就像現在的電腦信息用0和1存儲一樣。除此之外,研究人員發現電子在圍繞原子轉動所形成的能量帶在局部具有一種像「山谷」一樣的區域,這個區域也是存儲數據的好地方,就是現在的「谷電子學」研究。這些電子與特定的發光材料互動,可以生成帶有不同手性的谷偏振光(valley-polarized light)。研究人員發現這樣的光源可以存儲大量數據。

目前要生成這種光,需要使用磁鐵或是很低的溫度,這限制了這種技術的實用性。

日本名古屋大學(Nagoya University)的研究人員發明瞭一個設備,發現通過施加張力,在常溫下這個設備即可產生這種谷偏振光,並很方便地可以控制轉換其光線偏振的手性。

他們在藍寶石底襯上塗上一層二硫化鎢半導體材料,在蓋上一層離子凝膠膜。之後把兩個電極分別放在這個設備的兩端,並施加一個很小的電壓。這個設備先產生一個電場,最後產生了光束。

檢測顯示,這個設備上因合成的工藝而自然造成緊繃的區域,在常溫到193攝氏度的範圍內,都可以產生偏振光;而沒有形成緊繃效果的區域,就需要在很低的溫度下才能產生偏振光。於是研究人員得出一個結論:材料緊繃與否是這種設備在常溫下產生谷偏振光的關鍵所在。

接著研究人員造了一個彎曲的支架,把二硫化鎢設備貼在塑料底襯上面,從而讓整個設備形成緊繃的狀態。這種狀態促使電流朝著和張力相同的方向流動,在常溫下就產生了谷偏振光。如果向這個設備施加一個電場,則會改變其發光的手性。

這個研究組接下來將改善這個設備的性能,造出實用的手性偏振光源。

這份研究7月24日發表於《高級材料》(Advanced Materials)期刊。◇

責任編輯:朱涵儒

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