Как крошечные квантовые изменения могут стать движущей силой технологий будущего

Исследователи из Университета штата Пенсильвания разрабатывают передовую квантовую электронику, используя состояния изгиба, которые представляют собой уникальные пути движения электронов в полупроводниковых материалах.

Как крошечные квантовые изменения могут стать движущей силой технологий будущего

Квантовая электроника может получить неожиданный импульс благодаря некоторым хитроумным "изломам". Исследовательская группа под руководством учёных из Университета штата Пенсильвания разработала новый переключатель, который может включать и выключать так называемые состояния излома. Это электрические проводящие пути, которые возникают на границах полупроводниковых материалов и позволяют контролировать поток электронов в квантовых системах. Такие состояния могут быть полезны для создания передовых датчиков и лазеров.

Профессор физики Университета штата Пенсильвания Цзюнь Чжу, который возглавляет исследование, видит в этих изломах основу для создания квантовых сетей. Эти сети могут использоваться для передачи квантовой информации на большие расстояния внутри чипов, чего невозможно добиться с помощью классических медных проводов, которые обладают сопротивлением и могут разрушать квантовую когерентность.

Недавно опубликованное в журнале Science исследование может стать отправной точкой для дальнейших разработок в области квантовой оптики и квантовых компьютеров. По словам Чжу, этот новый переключатель отличается от традиционных, где ток регулируется через ворота, как на платных дорогах. Здесь же они "перестраивают саму дорогу", изменяя путь движения электронов.

Состояния излома были обнаружены в устройствах на основе двухслойного графена Бернала. Этот материал состоит из двух слоев углерода, смещённых относительно друг друга. Это уникальное расположение в сочетании с электрическим полем приводит к появлению необычных электронных свойств, таких как эффект Холла квантовой долины. Этот эффект заключается в том, что электроны в разных состояниях долины движутся в противоположных направлениях.

Первый автор исследования, Кэ Хуан, объяснил, что их устройства могут заставлять электроны двигаться без столкновений, даже если они делят один и тот же путь. Это позволяет поддерживать квантованное сопротивление, что делает состояния излома перспективными для передачи квантовой информации.

Для достижения этих результатов команда использовала чистый графит и гексагональный нитрид бора в качестве глобального затвора. Эта комбинация материалов позволила удерживать электроны в состояниях излома и контролировать их поток.

Исследователи также обнаружили, что квантовые эффекты сохраняются даже при повышении температуры до нескольких десятков Кельвинов, что является важным шагом для практического использования.

Созданный ими переключатель оказался быстрым и надёжным, добавив в арсенал устройств квантовой электроники новые инструменты для управления и направления электронов. Это достижение закладывает основу для дальнейших исследований и практического применения квантовых систем межсоединений.

В будущем команда планирует исследовать, как электроны ведут себя как когерентные волны на этих "квантовых магистралях".

Читайте также

Российский ИИ определит стоимость редкой монеты точнее нумизмата

Российский ИИ определит стоимость редкой монеты точнее нумизмата

В Пекине роботов-гуманоидов отправили тушить настоящий пожар — справились лишь три команды

В Пекине роботов-гуманоидов отправили тушить настоящий пожар — справились лишь три команды

В Швейцарии создали микророботов, которые двигаются за счет звука без батарей и двигателей

В Швейцарии создали микророботов, которые двигаются за счет звука без батарей и двигателей

Цифровая модель показала места опасных нагрузок в авиационных турбинах

Цифровая модель показала места опасных нагрузок в авиационных турбинах

Российские ученые создали ИИ, заменяющий тесты лекарств на животных

Российские ученые создали ИИ, заменяющий тесты лекарств на животных

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

В России начали серийно производить мобильные электроподстанции

В России начали серийно производить мобильные электроподстанции

В Китае создали датчик, позволяющий роботам «чувствовать» предметы без прикосновения

В Китае создали датчик, позволяющий роботам «чувствовать» предметы без прикосновения

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Как РЛС Вадима Мацкевича решила исход Корейской войны

Как РЛС Вадима Мацкевича решила исход Корейской войны

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

Миссии NASA, которые изменили историю освоения космоса

Миссии NASA, которые изменили историю освоения космоса

Бывший эксперт NASA по НЛО призвал изучать аномалии без спекуляций об инопланетянах

Бывший эксперт NASA по НЛО призвал изучать аномалии без спекуляций об инопланетянах

Телескоп James Webb обнаружил сразу три активные черные дыры в одной древней галактике

Телескоп James Webb обнаружил сразу три активные черные дыры в одной древней галактике

Астрономы обнаружили гигантский поток газа, который «опрокинул» планетообразующий диск

Астрономы обнаружили гигантский поток газа, который «опрокинул» планетообразующий диск

17 августа отмечается годовщина запуска миссии «Венера-7»

17 августа отмечается годовщина запуска миссии «Венера-7»