Kommunikointia tyhjyyden kanssa

Kun ajattelet tyhjää tilaa, kuvittelet melkein varmasti tyhjiön, jossa ei koskaan voi tapahtua mitään mielenkiintoista. Jos kuitenkin zoomaamme pieniin pituuksiin, joissa kvanttiefekteistä alkaa tulla tärkeitä, käy ilmi, että tämä tyhjäksi luultu on itse asiassa aina täynnä kiehuvaa sähkömagneettista aktiivisuutta, kun virtuaaliset fotonit välkkyvät sisään ja pois.

Tämä odottamaton ilmiö tunnetaan tyhjiön vaihtelukenttänä. Koska nämä valoenergian vaihtelut ovat kuitenkin niin pieniä ja ohikiitäviä ajassa, on vaikea löytää tapoja aineen vuorovaikutukselle niiden kanssa, etenkin yhden integroidun laitteen sisällä.

Tokion yliopiston tutkijat onnistuivat valmistamaan nanomittaisen hybridijärjestelmän juuri tähän. Heidän suunnitelmassa kvanttipistekontakti yhdistää yhden sirussa olevan jaetun rengasresonaattorin kaksiulotteiseen elektronijärjestelmään.

Kvantti-informaation käsittelyn mahdollistamiseksi tulevaisuudessa on tärkeää pystyä määrittämään kvanttitila käyttämällä yksinkertaista, yhden resonaattorin rakennetta. Tämä tavoite on myös tehty helpommin saavutettavaksi käyttämällä sähköistä, ei optista, tunnistusta, joka suoritetaan käyttämällä kvanttipisteen sähköistä kontaktia.

"Aineen, joka voi olla vuorovaikutuksessa sähkömagneettisen kentän tyhjiön vaihteluiden kanssa, sanotaan olevan ultravoimakkaassa kytkentäjärjestelmässä", sanoo tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja Kazuyuki Kuroyama. Koe osoitti, että kvanttipistekontaktin virtasignaalia voidaan käyttää havaitsemaan yksittäisen jaetun rengasresonaattorin ultravoimakas kytkentä 2D-elektronikaasun kanssa.

Lisäksi kvanttipistekontaktissa voitiin mitata sähkövirtaa jopa ilman ulkoista säteilyä. Virran modulaatiot mahdollistivat tutkijat päättelemään, että vuorovaikutusta 2D-elektronikaasun ja resonaattorin tyhjiökentän vaihteluiden välillä tapahtuu edelleen ilman terahertsisäteilyä.

"Löydöksemme voivat mahdollistaa erittäin herkkiä kvanttiantureita, jotka toimivat tyhjiön vaihteluiden ja integroidun hybridikvanttilaitteen välisen yhteyden perusteella", vanhempi tutkija Kazuhiko Hirakawa spekuloi.

Sen lisäksi, että opitaan lisää luonnon peruslaeista hyvin pienissä mittakaavoissa, tämän tutkimuksen tuloksia voidaan käyttää apuna kehittämään tulevaisuuden kvanttitietokoneita, jotka voivat hyödyntää tavanomaisiailmiöitä datan käsittelyssä tai siirtämisessä.

Aiheesta aiemmin:

3D-tulostustekniikkaa kvanttiantureille

Kvanttimittausmenetelmä kasvihuonekaasuille