Newswise – آنها می گویند شما می توانید جنگل را برای درختان از دست بدهید. اما برای درک کل متراکم و تکه تکه درختان، اغلب ارزش آن را دارد که نگاه دقیق تری به درختان بیندازید.
این کاری است که گروهی از دانشگاه استنفورد برای مقابله با یک مشکل خاردار اطلاعات کوانتومی در الماس انجام دادند.
مواد میزبانی ستاره ای کوانتومی اطلاعات، الماس هنوز یک چالش را ارائه می دهد: سیگنال های بیت های اطلاعات کوانتومی تعبیه شده در الماس اغلب درهم و ناسازگار هستند. دانشمندان توضیحاتی را برای این اختلاف ارائه کردند، اما به راهی برای بررسی اجزای تشکیل دهنده الماس برای کشف مقصر نیاز داشتند.
گروه استنفورد به رهبری جنیفر دیون دقیقاً این کار را انجام داد و از یک میکروسکوپ قدرتمند برای زوم کردن ترکیب الماس در سطح اتمی استفاده کرد. در مقاله ای که در PNASاین تیم نشان داد که فضای داخلی رنگارنگ الماس تا حد زیادی سیگنال های نامنظم از بیت های کوانتومی تعبیه شده در داخل الماس را توضیح می دهد.
تحقیقات این گروه تا حدی توسط Q-NEXTمرکز ملی تحقیقات اطلاعات کوانتومی وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) به رهبری آزمایشگاه ملی آرگون DOE.
دیون، معاون Q-NEXT و پروفسور استنفورد گفت: “راه خوبی برای ارتباط ساختار کیوبیت – بیت کوانتومی – با سیگنال منتشر شده وجود نداشت، اما محققان ناهمگونی قابل توجهی را در انتشار مشاهده کردند.” علم مواد و با حسن نیت از رادیولوژی. ما این مشکل را با ارتباط ساختار مقیاس اتمی با خواص کوانتومی حل کردیم.
تعطیلات سیلیکونی
این گروه با نوعی کیوبیت به نام مرکز خالی سیلیکون کار کردند: دو اتم کربن از الماس جدا شده و با یک اتم سیلیکون جایگزین می شود. از آنجایی که یک اتم جای دو را می گیرد، یک شکاف در دو طرف اتم سیلیکون وجود دارد – یک سوراخ نیمه پر.
مراکز خالی سیلیکونی برای حسگرهای کوانتومی که می‌توانند به دقت چند برابر بهترین ابزارهای امروزی دست یابند و برای شبکه‌های ارتباطی کوانتومی که به دلیل ماهیت کوانتومی خود، عملاً از شنود مصون هستند، نویدبخش هستند.
گروه Dionne جای خالی سیلیکون را در نانوذرات الماس، قطعات کوچک الماس که چند صد نانومتر قطر دارند، آزمایش کردند. به طور معمول، چندین جای خالی مانند سوراخ در یک اسفنج در سراسر نمونه پراکنده است.
سیگنال از یک مرکز آزاد به شکل یک فوتون – ذره ای از نور است. در یک دنیای عالی، تعطیلات در یک الماس به عنوان یک کارخانه فوتون قابل اعتماد عمل می کند و هر بار که یکی از فوتون ها از خط مونتاژ خارج می شود، به طور قابل اعتمادی همان نوع فوتون را تولید می کند – همان رنگ، همان روشنایی.
دانیل انجل، نویسنده اول مقاله که در دوران تحصیلات تکمیلی در استنفورد این تحقیق را انجام داد، گفت: ما فوتون های غیرقابل تشخیص می خواهیم.
اما دانشمندان رنگ‌ها و درخشش‌های فوتون متفاوتی را مشاهده می‌کردند که از منابع الماس آنها سرچشمه می‌گرفت. این امر باعث شد که گروه دیون عمیق‌تر بکاوشند.
وجوه متعدد الماس
الماس یک چیز رنگارنگ است. مانند اکثر کریستال ها، الماس از قسمت هایی تشکیل شده است که مانند آجرهای لگو با شکل نامنظم با یکدیگر تماس دارند. مناطق – یا دامنه ها – با “دانه های” اتمی شان، مانند دانه های درخت، متمایز می شوند. دامنه‌ای با اتم‌هایی که به صورت مورب مرتب شده‌اند، می‌توانند دامنه دیگری را با جهت جلو به عقب مرزبندی کنند.
این تیم از یک میکروسکوپ الکترونی عبوری روبشی برای بررسی یک به یک حوزه‌ها، اندازه‌گیری گسیل فوتون از هر یک استفاده کرد – کاری فوق‌العاده دقیق که با ابزاری کمتر قدرتمند عملا غیرممکن است.
و آنها متوجه یک الگو شدند.
آنجل گفت: «ما به تماشای این الماس‌ها ادامه دادیم و در نهایت می‌توانیم شروع به دیدن این مناطق واقعاً خنک و بسیار متمایز از گسیل فوتون کنیم – نمایه فوتون‌ها از یک منطقه به منطقه دیگر متفاوت است.
نتیجه کاملا واضح بود: دامنه ها تفاوت ایجاد می کنند.
دانه هر دامنه با کشش یا فشرده کردن آن، فضای خالی درون آن را شکل می دهد. در حالی که یک جای خالی در یک دامنه را می توان به یک روش فشرده کرد و یک جای خالی همسایه را می توان به روشی متفاوت تحت فشار قرار داد.
این گروه دریافتند که روش کرنش کردن فضای خالی بر خواص فوتون ساطع شده و همچنین محل آن در ساختار دانه تأثیر می گذارد.
دانشمندان سیگنال‌های فازی یا متناقض الماس را اندازه‌گیری کردند، زیرا نمونه را به‌عنوان یک منبع واحد، یک ساطع کننده فوتون در نظر گرفتند. اما نمونه الماس شامل بسیاری از حوزه های بسته بندی شده نزدیک است که هر کدام حاوی تابشگر فوتون خاص خود هستند. محققان سیگنال جنگل را اندازه گیری کردند نه درختان.
دیون گفت: «موقعیت جای خالی در کریستال مهم است. وجه‌های کریستالی مختلف الماس و جهت‌گیری خاص کریستال می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی بر روشنایی و رنگ انتشار داشته باشد.»
حتی جاهای خالی که فاصله کمی از هم دارند می توانند انتشار فوتون های متفاوتی ایجاد کنند.
آنجل گفت: «ما شاهد یک جهش کاملاً گسسته در سیگنال انتشار بودیم که دو جای خالی فقط 5 نانومتر از هم فاصله داشتند. «دیدن این جداسازی تقریباً کامل خطوط انتشار در مقیاس نانو – یک تغییر واضح در انتشار – چیزی است که قبلاً هرگز ندیده بودم. این داده‌ها واقعاً شگفت‌انگیز است.»
شفاف مثل شیشه
فرشته انواع مختلف تغییر شکل دانه‌ها را با پروفایل‌های فوتون مربوطه مرتبط می‌کند و نقشه‌ای با وضوح بالا از تنش و انتشار برای درک بهتر یافته‌های خود به محققان ارائه می‌دهد.
اگرچه تنوع دانه تنها عاملی نیست که در سیگنال های فوتون تار نقش دارد، گروه دیون نشان داده است که نقش مهمی ایفا می کند.
ما به این نکته اشاره می کنیم که دانستن دقیق ساختار دانه زیرین ذرات کریستالی مورد مطالعه چقدر مهم است. اگر گازهای گلخانه ای را از کل ذره جمع آوری می کنید و انتشارات لکه دار دارید، احتمالاً به این دلیل است که مرز دانه در آنجا وجود دارد. شما جای خالی متفاوتی را با امضاهای مختلف انتخاب می کنید و آن را نمی دانید.
کار آنها همچنین دامنه وسیع تری دارد و برای سایر اعضای خانواده کیوبیت در مرکز جای خالی اعمال می شود.
دیون گفت: “درب به روی تعداد زیادی از مطالعات باز است که همبستگی ساختار-عملکرد دقیق در سیستم های کوانتومی را ممکن می کند و در نهایت ارتباطات کوانتومی، شبکه های کوانتومی و حسگرهای کوانتومی را بهبود می بخشد.”
این کار توسط مرکز تحقیقات ملی اطلاعات کوانتومی وزارت علوم به عنوان بخشی از مرکز Q-NEXT پشتیبانی شد.
را
