科學家實現對單個納米級量子物體的低功耗動態操控

在電氣工程系助理教授Justus
Ndukaife的領導下,范德比爾特大學的研究人員首次推出了一種利用低功率雷射束誘捕和移動被稱為具有氮空穴中心的單一膠體納米金剛石的納米材料的方法。
一根人類頭發的寬度約為90000納米;而納米鑽石則小於100納米。Ndukaife解釋說,這些碳基材料是少數能夠釋放所有光的基本單位–單光子–未來量子光子學應用的組成部分。

科學家實現對單個納米級量子物體的低功耗動態操控

目前有可能利用聚焦在納米級金屬表面附近的光場來捕獲納米金剛石,但不可能以這種方式移動它們,因為雷射束的光斑實在太大了。使用原子力顯微鏡,科學家們需要花費數小時才能在發射增強環境附近將納米鑽石一個個推到合適的位置,形成一個有用的結構。此外,為了創造糾纏源和量子比特–提高量子計算機處理速度的關鍵要素–需要幾個納米金剛石發射器靠近,以便它們能夠相互作用,形成量子比特,Ndukaife說。”我們著手通過使用一種跨學科的方法使誘捕和操縱納米金剛石變得更加簡單。我們的鑷子,一個低頻電熱等離子體鑷子(LFET),將一小部分雷射束與低頻交變電流電場相結合。這是一種捕獲和移動納米鑽石的全新機制。一個繁瑣的、長達數小時的過程被縮短到幾秒鍾,LFET是同類技術中第一個可擴展的運輸和按需組裝技術。”

Ndukaife的工作是量子計算的一個關鍵成分,這項技術將很快實現大量的應用,從高解析度成像到創建不可破解的系統和越來越小的設備和計算機晶片。2019年,美國能源部投入了6070萬美元的資金,以推進量子計算和網絡的發展。

“控制納米金剛石以製造可用於這類技術的高效單光子源將塑造未來,”Ndukaife說。”為了增強量子特性,必須將量子發射器(如帶有氮空穴中心的納米金剛石)與納米光子結構相耦合。”

Ndukaife打算進一步探索納米金剛石,將它們排列到旨在提高其發射性能的納米光子結構上。有了它們,他的實驗室將探索在信息處理和成像的片上平台中實現超亮單光子源和糾纏的可能性。”我們有很多東西可以利用這項研究來建立。”他說,”這是第一項允許我們使用低功率雷射束在二維空間動態操縱單個納米級物體的技術。”

來源:cnBeta