只有一个原子厚的半导体晶体,让量子计算机成为可能!

来源:博科园 ?? 关键词:半导体晶体, 量子计算, ?? 发布时间:2019-07-24

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在每一个隐藏在笔记本电脑或智能手机内部的现代微电路中,都可以看到晶体管——控制电流流动,即电子流动的小型半导体设备。如果用光子(光的基本粒子)取代电子,那么科学家们将有希望创造出新的计算系统,能够以接近光速的速度处理大量信息流。目前,光子被认为是量子计算机中传输信息的最佳方式。这些仍然是假想的计算机,根据量子世界的定律,能够比最强大的超级计算机更有效地解决一些问题。


尽管创造量子计算机没有基本的限制,科学家们仍然没有选择什么材料平台将是最方便和有效实现量子计算机的想法。超导电路、冷原子、离子、金刚石中的缺陷和其他系统现在都在竞争成为未来量子计算机的一个选择。特别是,由于来自德国维尔茨堡大学的科学家,已经有可能提出半导体平台和二维晶体,南安普敦大学,格勒诺布尔阿尔卑斯大学,亚利桑那大学,俄罗斯科学院Ioffe物理技术研究所,还有圣彼得堡大学等。


物理学家们研究了光在只有一个原子厚度的二硫化钼(MoSe2)二维晶体层中的传播,这是世界上最薄的半导体晶体。研究人员发现,在超细晶体层中传播的光,偏振性取决于光的传播方向。这种现象是由于晶体中自旋轨道相互作用的结果。有趣的是,正如科学家们所指出的,光的偏振空间分布,结果却很不寻常——它很像一个多颜色的海洋rapana。在维尔茨堡大学斯文·霍夫林教授实验室里合成了用于实验的超细二甲苯钼晶,这是是欧洲最好的晶体生长实验室之一。


在圣彼得堡大学教授Alexey Kavokin的监督下,在维尔茨堡和圣彼得堡进行了测量。俄罗斯科学院的通讯成员,圣彼得堡大学自旋光学实验室的一名员工,Ioffe物理技术研究所的主要研究助理米哈伊尔·格莱佐夫在理论基础的发展中发挥了重要作用。圣彼得堡大学(St Petersburg University)自旋光学实验室主任阿列克谢卡沃金(Alexey Kavokin)教授说:我预计在不久的将来,二维单原子晶体将被用来在量子器件中传输信息。经典计算机和超级计算机需要很长时间才能完成的事情,量子计算设备可以很快完成。


其中蕴含着量子技术的巨大危险——堪比原子弹。例如,在量子技术帮助下,将有可能非常迅速地侵入银行保护系统。这就是为什么今天密集的工作正在进行,包括创造保护量子设备的方法:量子密码学。研究为半导体量子技术做出了贡献。此外,这项研究是光诱导(即出现在光存在下)超导性研究的一大进步。这是一种让电流通过材料电阻为零的现象。目前,这种状态无法在零下70摄氏度以上的温度下达到。然而,如果找到合适材料,这一发现将使把电传输到地球上任何地方而不造成任何损失成为可能,并创造出新一代电动机。