Срочные новости раздела
Физики впервые показали конденсацию «жидкого света» в полупроводнике толщиной всего в один атом

Физики впервые показали конденсацию «жидкого света» в полупроводнике толщиной всего в один атом

Международная группа физиков, в которую вошел руководитель лаборатории оптики спина СПбГУ профессор Алексей Кавокин, впервые экспериментально показала, как в тончайшей одноатомной пленке кристалла-полупроводника формируется конденсат Бозе — Эйнштейна: десятки тысяч квантов «жидкого света». Это открытие поможет создать новые типы лазеров, способные производить кубиты — главные составные элементы квантовых компьютеров будущего. 

Результат теоретического расчета распределения «жидкого света» в фазовом пространстве сверхтонкого двумерного кристалла. Яркие пятна — это бозе-эйнштейновские конденсаты экситонных поляритонов. Экспериментально они были обнаружены там, где предсказали ученые. © Пресс-служба СПбГУ

Идея создания квантовых компьютеров — мощнейших вычислительных машин, работающих по законам квантового мира и способных решать многие задачи эффективнее самых производительных суперкомпьютеров, — давно завладела умами ученых и специалистов IT-корпораций. Подобные разработки ведутся, например, в Google и IBM, однако многие такие проекты требуют использования криостатов — резервуаров с жидким азотом или сжатым гелием, внутри которых квантовые процессоры охлаждаются до температуры ниже минус 270 градусов по Цельсию. Столь низкая температура нужна для сохранения эффекта сверхпроводимости, который необходим для работы квантовых компьютеров.

Разработки Алексея Кавокина и его коллег связаны с созданием поляритонной платформы для квантовых вычислений. Одно из главных ее преимуществ — возможность проводить квантовые вычисления при комнатной температуре. Поляритонный лазер, работающий на открытом Алексеем Кавокиным и его коллегами принципе бозе-эйнштейновской конденсации экситонных поляритонов при комнатной температуре, позволяет создавать кубиты — базовые элементы квантовых компьютеров. Кубиты реализуются методом лазерного облучения искусственных полупроводниковых структур — микрорезонаторов.

В новом исследовании ученым удалось впервые экспериментально наблюдать, как в самом тонком в мире полупроводнике — тончайшем слое кристалла диселенида молибдена (MoSe2) толщиной всего в один атом — формируется конденсат Бозе — Эйнштейна, то есть десятки тысяч квантов «жидкого света», точное имя которых — экситонные поляритоны. Эти частицы обладают свойствами как света, так и обычных материальных частиц, и их можно использовать в качестве носителей информации. То есть вместо электронов по микросхемам любых электронных устройств может бегать электрически нейтральная светожидкость. Поляритонные приборы позволят обрабатывать огромные потоки информации со скоростью, близкой к скорости света.

В исследовании приняли участие физики из Вюрцбургского университета (Германия), Калифорнийского университета в Мерседе (США), Университета Вестлейка (Китай), Университета штата Аризона (США), Национального Института материаловедения (Япония) и Санкт-Петербургского государственного университета (Россия).

«Конденсат Бозе — Эйнштейна был получен в полупроводниковом микрорезонаторе, содержащем слой нового кристаллического материала диселенида молибдена толщиной в один атом. Локализация света в слое такой малой толщины была достигнута впервые, — рассказал об открытии профессор Алексей Кавокин. — В результате этого исследования могут быть созданы новые типы лазеров, основанные на двумерных кристаллах, позволяющие создавать кубиты — квантовые транзисторы, основу квантового компьютера, работающего на светожидкости».

Важно понимать: как не раз отмечал ученый, квантовые компьютеры называют сегодня атомной бомбой XXI века, ведь они открывают огромные возможности не только в области, например, создания новых лекарств, но и в области кибератак. Имея компьютер с такими мощностями, можно разгадать практически любой шифр, поэтому перед учеными сегодня также стоит важная задача защиты квантовых устройств — квантовой криптографии, в которой открытия Алексея Кавокина и его коллег также играют очень важную роль.

Исследование было поддержано грантами Немецкого научно-исследовательского сообщества (DFG), Европейского исследовательского совета (ERC), Немецкого фонда академических стипендий Studienstiftung, грантами Университета Вестлейка (Китай), Санкт-Петербургского государственного университета (Россия) и других научных организаций.

Статья опубликована в журнале Nature Materials   Источник: Пресс-служба СПбГУ

Источник: sci-dig.ru

Последние записи - Наука

самые читаемые новости

#Наука

Избранные астрономические события месяца (время всемирное):
подробнее...

РИА Новости. Шведские биологи, используя новую технологию геолокации, зафиксировали рекордные скорости перемещения стрижей по планете, которые превосходят самые смелые прогнозы ученых. Стрижи известны
подробнее...

Коллектив ученых использовал когерентное рентгеновское излучение, доступное на новейших синхротронных источниках, чтобы установить массу всех 46 хромосом человека. Их вес оказался больше, чем
подробнее...

Ученые из России и Германии cоздали полногеномный атлас изменений альтернативного сплайсинга при пре- и постнатальном развитии семи органов у шести видов млекопитающих и курицы.
подробнее...

Связи между нервными клетками принято считать «односторонними». От аксона первого нейрона через место контакта — синапс — возбуждение передается на дендритный отросток следующего. И хотя в целом это
подробнее...

Международная команда ученых усовершенствовала метод птихографии, что позволило подобраться к физическим ограничениям его разрешающей способности. В полученной ими картинке видны отдельные атомы, а
подробнее...

Новый штамм почвенного грибка Metarhizium brunneum может дать человечеству возможность  победить клеща варроа , опасного паразита медоносных пчел. В отличие от других штаммов Metarhizium, новый штамм
подробнее...

Палеонтологи из Университета штата Вашингтон (США) провели анализ окаменелостей Micropholis stowi, амфибии размером с саламандру, которая жила в раннем триасе – вскоре после крупнейшего на Земле
подробнее...

РИА Новости. Физики, работающие на детекторе ALICE Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе, выяснили, что случилось с кварк-глюонной плазмой — самой ранней материей из когда-либо существовавших — в
подробнее...

Старение — сложный и многоэтапный процесс, проявляющийся как прогрессирующая деградация частей и систем организма, которое ведет к развитию хронических возрастных болезней, например рака, диабета,
подробнее...

Исследователи СПбГУ создали новую теорию диффузионных экспериментов ЯМР для изучения амилоидных фибрилл — ключевых факторов, провоцирующих различные формы деменции, включая болезнь Альцгеймера. Взяв
подробнее...

Шимпанзе — один из самых эволюционно близких к человеку видов животных, поэтому на их примере удобно изучать развитие зачатков культуры. Среди подобных явлений выделяют особые жесты руками, связанные
подробнее...

Известно, что пол ещё не вылупившегося детеныша рептилии определяется температурой окружающей среды. Результаты нового исследования показывают, что эмбрионы многих видов животных также во многом
подробнее...

Согласно новому исследованию, попытка иммунной системы уничтожить бактерии сальмонеллы из желудочно-кишечного тракта вместо этого способствует колонизации кишечного тракта и выделению фекалий.
подробнее...

Клетки растений, животных и грибов упаковывают ДНК в ядро двумя разными способами — некоторые хромосомы выглядят как скомканные шарики, а другие — как плоские листы бумаги, — пишет sciencenews.org со
подробнее...

Исследователи из Еврейского университета в Иерусалиме (Израиль) определили молекулярные факторы, которые отличают птиц от животных, и эти различия позволяют птицам взмахивать крыльями и взлетать в
подробнее...

Ученые обнаружили, что коловратки, извлеченные из вечной мерзлоты в Северо-Восточной Сибири, оказались живыми и способными размножаться, несмотря на то, что они, по данным радиоуглеродного
подробнее...

Команда биологов, физиологов и неврологов обнаружила важную регуляторную молекулу ДНК, которая отвечает за амплитуду циркадных ритмов. Пока исследование проводили лишь на культивируемых клетках мыши,
подробнее...