新成果,用光波加速超导电流,或将实现超快量

2020-07-26 18:08 admin

量子控制方面的最新发现,将可能会实现基于量子力学的超快量子计算:光诱导无能隙超导,超导电流的量子节拍。太赫兹和纳米尺度的物质和能量的量子世界(每秒几万亿次周期和十亿分之一米),对我们大多数人来说仍然是一个谜。爱荷华州立大学物理学和天文学教授王继刚(音译)说:我喜欢研究超导率超过千兆赫(每秒数十亿次)的量子控制,这是目前最先进的量子计算应用瓶颈。

使用太赫兹光作为控制旋钮来加速超电流,超导性是电在某些材料中无电阻的运动,通常发生在非常非常冷的温度下。太赫兹光是高频率光,每秒几万亿次的频率周期,它本质上是非常强和强大的微波爆发,在很短的时间内发射。王和一组研究人员证明,这种光可以用来控制超导态的一些基本量子特性。

包括宏观超电流流动、对称性破坏以及获得某些被认为是对称性所禁止的超高频量子振荡。这听起来既深奥又奇怪,但它可以有非常实际的应用。光诱导的超导电流为电磁设计量子工程应用的涌现,材料特性和集体相干振荡开辟了一条前进的道路,其研究于2019年7月1日发表在《自然光子学》(Nature Photonics)上。换句话说,这一发现可以帮助物理学家通过推动超电流,创造出速度极快的量子计算机。

如何控制、访问和操纵量子世界的特殊特性,并将它们与现实世界的问题联系起来,是当今科学界的一大推动。美国国家科学基金会(National Science Foundation)将这一“量子飞跃”纳入了未来研发的“十大理念”。科学基金会对量子研究的支持总结说:通过利用这些量子系统的相互作用,下一代用于传感、计算、建模和通信的技术将更加精确和高效。

要达到这些能力,研究人员需要了解量子力学,以观察、操纵和控制粒子和能量的行为,其尺寸至少要比人类头发的宽度小100万倍。王和合作者——来自爱荷华州的徐阳、齐拉格·瓦斯瓦尼和梁罗,负责太赫兹仪器和实验威斯康星大学麦迪逊分校的Chris Sundahl、Jong-Hoon Kang和Chang-Beom Eom负责高质量超导材料及其表征,伯明翰阿拉巴马大学的Martin Mootz和Ilias E. Perakis负责模型的建立和理论模拟。

通过发现新的宏观超导电流流动状态,开发量子控制开关和调制来推进量子前沿。从太赫兹光谱学仪器获得的实验数据表明,太赫兹超导电流的光波调谐是一个通用的工具,它是推动量子功能在许多交叉学科达到极限的关键,目前的研究为未来多年通过太赫兹量子控制,光波超导电子开辟了一个新领域。

博科园|研究/来自:爱荷华州立大学参考期刊《自然光子学》DOI: 10.1038/s41566-019-0470-y博科园|科学、科技、科研、科普

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