量子电脑新技术:常温下可控手性光源设备

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【大纪元2021年09月28日讯】(大纪元记者高文森编译报导)日本科学家发明了一种技术,在无需磁场和低温的情况下产生环形偏振光,还可以通过电场控制改变其偏振手性。这种材料将在量子信息处理研究领域有重要用途。

光子具有一系列灵活的特性,可用于存储和传输数据,是现在量子电脑研究广泛采用的技术之一。

为了实现量子信息处理,信息先是存储在电子上,再通过与物质的互动产生承载数据的光子。信息通常被储存在电子的自旋方向这个特性上,就像现在的电脑信息用0和1存储一样。除此之外,研究人员发现电子在围绕原子转动所形成的能量带在局部具有一种像“山谷”一样的区域,这个区域也是存储数据的好地方,就是现在的“谷电子学”研究。这些电子与特定的发光材料互动,可以生成带有不同手性的谷偏振光(valley-polarized light)。研究人员发现这样的光源可以存储大量数据。

目前要生成这种光,需要使用磁铁或是很低的温度,这限制了这种技术的实用性。

日本名古屋大学(Nagoya University)的研究人员发明了一个设备,发现通过施加张力,在常温下这个设备即可产生这种谷偏振光,并很方便地可以控制转换其光线偏振的手性。

他们在蓝宝石底衬上涂上一层二硫化钨半导体材料,在盖上一层离子凝胶膜。之后把两个电极分别放在这个设备的两端,并施加一个很小的电压。这个设备先产生一个电场,最后产生了光束。

检测显示,这个设备上因合成的工艺而自然造成紧绷的区域,在常温到193摄氏度的范围内,都可以产生偏振光;而没有形成紧绷效果的区域,就需要在很低的温度下才能产生偏振光。于是研究人员得出一个结论:材料紧绷与否是这种设备在常温下产生谷偏振光的关键所在。

接着研究人员造了一个弯曲的支架,把二硫化钨设备贴在塑料底衬上面,从而让整个设备形成紧绷的状态。这种状态促使电流朝着和张力相同的方向流动,在常温下就产生了谷偏振光。如果向这个设备施加一个电场,则会改变其发光的手性。

这个研究组接下来将改善这个设备的性能,造出实用的手性偏振光源。

这份研究7月24日发表于《高级材料》(Advanced Materials)期刊。◇

责任编辑:朱涵儒

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