Descoperire în domeniul stocării informației cuantice
Oamenii de știință au identificat o metodă inovatoare de utilizare a unui material cuantic și a magnetismului pentru stocarea informației cuantice într-un spațiu unidimensional, conform unui studiu recent publicat în jurnalul Nature Materials.
Materialul promițător: Bromura de sulfură de crom
Bromura de sulfură de crom este un material cu o structură neobișnuită, alcătuită din câteva straturi de atomi. Această caracteristică îl face extrem de promițător pentru aplicații în domeniul dispozitivelor cuantice, deoarece proprietățile sale pot fi exploatate pentru diferite forme de stocare a informației. Acesta poate stoca date prin sarcini electrice, fotoni, magnetism și chiar prin fononi, care sunt particule asociate vibrațiilor sonore.
Excitoni și stocarea informației
Una dintre metodele prin care bromura de sulfură de crom poate fi utilizată pentru stocarea informației implică excitonii, cvasiparticule care se formează când un electron și golul său (lipsa electronului) se unesc. Teoria cuantică a corpurilor solide consideră că golul, similar pozitronului din teoria cuantică relativistă, joacă un rol semnificativ în structura semiconductorilor.
Când un foton părăsește starea sa energetică de bază, acesta lasă un gol în urma sa. Deși sunt separate, fotonul și golul rămân legate și formează un exciton. Cercetările anterioare au demonstrat că excitonii se pot forma în linie dreaptă în materiale, având proprietăți magnetice neobișnuite.
Comportamentul materialului la diferite temperaturi
La temperaturi sub 132 Kelvin (-141 Celsius), straturile bromurii de sulfură de crom devin magnetizate, iar electronii se aliniază, direcția câmpului magnetic variind pentru fiecare strat. Însă, atunci când temperatura depășește 132 K, materialul își pierde magnetizarea, iar electronii se mișcă aleatoriu. În această stare, excitonii nu mai sunt restricționați și se extind pe mai multe straturi ale materialului.
Cu toate acestea, atunci când grosimea bromurii de sulfură de crom este monoatomică, excitonii sunt restricționați într-o singură dimensiune. Această limitare permite păstrarea informației cuantice pe o perioadă mai lungă, reducând riscul coliziunilor între excitoni, care ar putea duce la pierderea informației prin decoerență.
Rezultatele studiului recent
În cadrul noului studiu, cercetătorii au generat excitoni în bromura de sulfură de crom prin aplicarea unor impulsuri de lumină infraroșie, în 20 de succesiuni rapide, fiecare având o durată de 20 de cvadrilionimi de secundă. Ulterior, au utilizat un al doilea laser cu infraroșu pentru a muta excitonii într-un nivel energetic superior, constatând că au creat două variații diferite de excitoni, în loc să aibă toate aceleași stări energetice.
Atunci când impulsurile de energie mai mică au fost emise de lasere pe axe diferite, cercetătorii au observat că excitonii dependenți de direcție prezentau comportamente interesante, deschizând noi perspective în domeniul stocării informației cuantice.
Descoperiri revoluționare în domeniul excitonilor
Trecerea de la excitoni unidimensionali la cei tridimensionali a oferit explicații valoroase asupra duratei de viață a excitonilor, fără ca aceștia să interacționeze între ei. Această descoperire sugerează un nou sistem de reglare a modelării excitonilor și a interacțiunilor acestora, ceea ce ar putea transforma radical domeniul electronicii și tehnologiei informației în viitor.
Rupert Huber, profesor de fizică experimentală și aplicată la Universitatea din Regensburg, Germania, a subliniat importanța acestei cercetări, afirmând că noul sistem poate schimba regulile jocului. Unul dintre obiectivele echipei de cercetare este să exploreze posibilitatea de a converti excitonii în excitații magnetice care să influențeze spinul electronic al materialului. Dacă acest lucru va fi realizat, ar putea oferi o metodă inovatoare pentru transferul informațiilor cuantice între diferite particule subatomice, cum ar fi fotonii, excitonii și electronii.
În plus, comutarea între stările magnetizate și cele nemagnetizate ar putea facilita o modalitate rapidă de conversie a informațiilor cuantice bazate pe fotoni și spin. Mackillo Kra, coautor al studiului și profesor de inginerie electrică și informatică la Universitatea din Michigan, a exprimat o viziune pe termen lung. El a afirmat că este posibil să se dezvolte dispozitive cuantice capabile să utilizeze aceste patru proprietăți: fotonii pentru transferul informațiilor, electronii pentru procesarea acestora prin interacțiuni, magnetismul pentru stocarea informațiilor și fononii pentru modularea și transducerea informațiilor la noi frecvențe.
