Ученые пробурили белый графен для создания искусственных атомов

Исследователи из Университета Орегона проделали сфокусированным галлием ионным лучом отверстия в двумерном листе шестигранного нитрида бора для создания искусственных атомов, генерирующих отдельные фотоны.

Эти атомы, работающие на открытом воздухе и при комнатной температуре, могут стать серьезным шагом в разработке полностью оптических квантовых компьютеров, сообщает eurekalert.org. Выводы исследования опубликованы в журнале Nano Letters.

«Наша работа создала источник отдельных фотонов, способных выступить в роли переносчиков квантовой информации или кубитов, — объяснил главный исследователь, Бенджамин Дж. Алеман. – Мы структурировали эти источники, чтобы получать их в нужных количествах и местах. Хотелось бы внедрить эти излучатели фотонов в микрочипы, чтобы они общались друг с другом, или в существующие кубиты, вроде твердотельных спинов».

Искусственные атомы были обнаружены 3 года назад в чешуйках в шестигранном нитриде бора – изоляционном слое между атомами бора и азота в белом графене. Алеман, как и другие ученые, использовал открытие для получения и использования фотонов в квантовых микросхемах. Традиционные подходы сосредоточены на захвате атомов (ионов) и манипулировании их спинами с помощью лазеров. Так они демонстрируют квантовую суперпозицию, способность находиться одновременно во «включенном» и «выключенном» состояниях. Но для этого требуется работать в вакууме и при очень низких температурах.

Команда Алемана решила найти альтернативный подход. Заметив, что искусственные атомы часто встречаются возле краев, ученые впервые создали их искусственно, проделав в белом графене выемки, диаметром 500 нм и глубиной 4 нм. Материал затем закалили в воздухе при 850°С, чтобы убрать углерод, другие примеси и активировать излучатели. Конфокальная микроскопия показала небольшие светящиеся точки в просверленных участках. Увеличив их, команда Алемана увидела, что они излучают отдельные фотоны.

«Мы совершили большой прорыв, найдя простой, масштабируемый способ нанопроизводства искусственных атомов на микрочипах и показав, что они работают на воздухе при комнатной температуре, — сказал специалист. – Эти структуры позволят создать много новых мощных технологий. В будущем они способны лечь в основу более безопасных, полностью приватных каналов связи и квантовых компьютеров».