Physiker enthüllen die Kondensation von flüssigem Licht in einem ein Atom dicken Halbleiter

Die Idee, Quantencomputer zu entwickeln, hat Forscher und Experten in IT-Unternehmen seit langem beschäftigt. Sie sind die leistungsstärksten Computer, die nach den Gesetzen der Quantenwelt arbeiten und viele Probleme effizienter lösen können als die produktiveren klassischen Supercomputer. Ähnliche Entwicklungen sind beispielsweise bei Google und IBM im Gange. Viele dieser Projekte erfordern jedoch die Verwendung eines Kryostaten. Es handelt sich um Behälter mit flüssigem Stickstoff oder unter Druck stehendem Helium, in denen Quantenprozessoren auf Temperaturen unter -270 ° C abgekühlt werden. Diese niedrige Temperatur ist erforderlich, um den Effekt der Supraleitung aufrechtzuerhalten, der für den Betrieb von Quantencomputern wesentlich ist.

Entwicklungen Alexey Kavokin Und seine Kollegen sind mit der Schaffung der Polariton Quantum Computing Platform verbunden. Einer der Hauptvorteile ist die Fähigkeit, Quantencomputer bei Raumtemperatur durchzuführen. Alexei Kavokin und Kollegen entdeckten den Polaritonenlaser. Es arbeitet nach dem Prinzip einer Bose-Einstein-Kondensation von Exzitonenpolaritonen bei Raumtemperatur und ermöglicht die Erzeugung von Qubits – den Grundelementen von Quantencomputern. Qubits treten mit der Methode der Laserbestrahlung synthetischer Halbleiterstrukturen auf – winzige Lücken.

In der neuen Studie konnten Forscher erstmals experimentell beobachten, wie ein Bose-Einstein-Kondensator im dünnsten Halbleiter der Welt – dem atomar dünnen Kristall aus Molybdändiselenid (MoSe2) – gebildet wird. Bose-Kondensatoren enthalten Zehntausende von Quanten „flüssigen Lichts“, deren genauer Name Polaritonen-Exziton ist. Diese Teilchen haben die Eigenschaften sowohl von Lichtpartikeln als auch von gewöhnlichen Materieteilchen und können als Informationsvektoren verwendet werden. Dies bedeutet, dass anstelle von Elektronen elektrisch neutrales flüssiges Licht durch die Mikrokreise jedes elektronischen Geräts gelangen kann. Mit Polariton-Geräten können massive Datenströme mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit verarbeitet werden.

An der Studie nahmen Physiker der Universität Würzburg teil. Universität von Kalifornien Merced (USA); Westlake University in China; Arizona State University (USA); Nationales Institut für Materialwissenschaft (Japan); Und die Universität von St. Petersburg (Russland).

Ein Bose-Einstein-Kondensator wurde in einem Halbleitermikrospalt erhalten, der eine Schicht aus einem neuen kristallinen Material enthielt – einem atomar dünnen Kristall aus MoSe2. Professor Alexei Kavokin sagte über die Entdeckung, dass die Lokalisierung von Licht in einer so dünnen Schicht zum ersten Mal erreicht wurde. Diese Forschung könnte zur Erfindung neuer Lasertypen führen, die auf zweidimensionalen Kristallen basieren und die Erzeugung von Qubits ermöglichen – Quantentransistoren im Kern eines Quantencomputers, der mit flüssigem Licht arbeitet.

Wie Alexei Kavokin wiederholt betont hat, ist es wichtig zu verstehen, dass Quantencomputer heute als Atombombe des 21. Jahrhunderts bezeichnet werden. Dies liegt daran, dass dies nicht nur im Bereich der Schaffung neuer Medikamente, sondern auch im Bereich der Cyber-Angriffe enorme Chancen eröffnet. Mit einem so leistungsstarken Computer ist es möglich, fast jeden Code zu knacken. Daher stehen Wissenschaftler heute auch vor einer wichtigen Herausforderung beim Schutz von Quantengeräten – der Quantenkryptographie. Hier sind auch die Entdeckungen von Alexei Kavokin und Kollegen von großer Bedeutung.

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Die Studie wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft; Europäischer Forschungsrat (ERC); Deutsche Studienstiftung; Westlake University in China; Universität St. Petersburg (Russland); Und andere wissenschaftliche Einrichtungen.

als Referenz

Derzeit leitet Alexei Kavokin: Rotary Optics Laboratory der Universität St. Petersburg;; Polaritonic Quantum Group im russischen Quantenzentrum; Und das Internationale Zentrum für Polarologie an der Westlake University in China. Er ist außerdem Professor an der University of Southampton (UK), wo er den Vorsitz der Abteilung für Nanophysik und Photonik innehat. 2011 erhielt er von der Regierung der Russischen Föderation ein riesiges Stipendium, unter dem das Uraltsev Spin Optics Laboratory gegründet wurde.

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