Wie könnte "Quantendots" Geheimnisse der Verschränkung Sonde


Eine Mikrowelle Laser gebaut mit winzigen Teilchen, die handeln, wie Halbleitern verwendet werden könnten, um seltsame Phänomene wie Quantenverschränkung zu erkunden.

Forscher an der Princeton University verwendet Quantenpunkte – winzige Partikel von lichtemittierenden Nanokristalle, die Licht von einer Wellenlänge absorbieren und wandelt es in gesättigten Licht bei bestimmten Wellenlängen können — bauen eine so genannte "Maser", das Licht bei längeren Wellenlängen als die herkömmlichen Laser emittiert, die wir sehen können. Das Gerät könnte auch zu Fortschritten in der Quanten-computing führen.

Unter anderem könnte Quantenpunkte erheblich verbessern das Aussehen von LCD-Bildschirmen auf TV-Geräte, Smartphones und Tablets. Unternehmen wie Apple, Samsung und Amazon experimentieren mit – und in einigen Fällen bereits verwendet haben – Quantenpunkte in ihren Geräten. [10 Technologien, die Ihr Leben verändern werden]

Wenn die Punkte durch einen Strom angeregt werden, Strahlen sie Licht, wodurch sie ein gutes Medium für den Bau von Lasern. Der Princeton-Team unter der Leitung von Physik-Professor Jason Petta, errichtete eine kleine Transistor-Typ Vorrichtung eine Doppel-Dot-Micromaser genannt. Es besteht aus vier Quantenpunkte in zwei Paaren, im Inneren und gegen Ende des schmalen Hohlraum platziert.

Die Punkte in jedem Paar werden durch etwa 500 Nanometer getrennt (für Vergleich, eine durchschnittliche menschliche Haarsträhne etwa 100.000 Nanometer breit ist). Zwischen ihnen sind winzige Drähte, etwa 150 Nanometer auseinander, so angeordnet, dass von einem Punkt zu einem anderen suchen sie kreuzen den Weg wie ein Zaun sehen würde. Die Setup-Funktionen wie einen Transistor mit einem Punkt als Stromquelle, die andere als den Abfluss und die Drähte als Gateelektroden.

Im Experiment wurde der ganze Apparat auf wenige tausendstel Grad über dem absoluten Nullpunkt abgekühlt und an eine Batterie angeschlossen. So entstand ein winziger Strom und Spannung, die die Elektronen in Quantenpunkten "Tunnel" aus dem Quelle-Dot den Abfluss durch die Drähte, aus denen sich die Gateelektroden erlaubt. Wenn ein Elektron Tunnel durch, gibt es ein Lichtteilchen, ein Photon im Mikrowellenbereich genannt. Jedes Mal, wenn die beiden Gruppen von Punkten release eines Photons, sie verstärken sich gegenseitig und Strahlen kohärente Photonen im Gleichschritt mit einander — ein Maser.

Der Tunnelbau passiert, weil die Gate-Elektrode Leitungen wie Barrieren, die ein Elektron zu hüpfen über. In der Alltagswelt Partikel können nicht durch solche Hindernisse gehen – immer über einen Zaun in der Regel erfordert eine bestimmte Menge an Energie zu heben Sie ein Objekt über sie aufwendet. In der Quantenmechanik, aber das ist nicht wahr: Es gibt eine Wahrscheinlichkeit, die ein Elektron durch eine Barriere erhalten, solange eine bestimmte Schwelle erreicht ist. Wenn es durch tunnel, verliert er Energie.

"Es ist wie eine Treppe," sagte Petta. "Wenn das Elektron die Treppe hinunter läuft, strahlt es ein Photon." Wellenlänge des Photons ist proportional zur "Höhe" des Treppenhauses – die Menge an Energie verloren.

Ein Aspekt, der diese Technik einen Schritt nach oben macht, Petta sagte, ist, dass die Frequenz des MASERs abstimmbaren. Die Menge des Stroms in die Gate-Elektrode ist, es möglich, die Menge an Energie zu ändern, müssen die Elektronen durch tunnel. In normalen Laser ist die Frequenz des emittierten Lichtes fest, weil es durch das Material zur Erstellung den Laserstrahl bestimmt ist.

Masers könnte verwendet werden, um Experimente in Quantenverschränkung durchführen. Die Elektronen paarweise Punkt zwei Quanten interagieren über die hellen Wellen emittieren sie. So, ist es möglich, die Zustände der Elektronen zu sehen, ob sie verstrickt sind zu messen (die Staaten würden korreliert). Während die Forscher voller Verwicklungen, nicht Petta sagte Experimente, können sie dieses Setup, um zu zeigen, dass Korrelation über längere Distanzen geschieht. Bisherigen Experimente hatten einzelne Quantenpunkte verwendet, und die Trennungen zwischen den Teilchen wurden nur etwa 50 Nanometer.

Die Fähigkeit zum Erstellen von korrelierten Quantenzustände über relativ große Entfernungen — Millimeter oder mehr — hat Anwendungen in Quanten-computing, da solche korrelierten Zustände Teil der Verarbeitung in solchen Maschinen sind.

Etanglement ist auch ein wichtiger Teil der Quanten-Kryptographie. Wenn ein Verschlüsselungsschlüssel mit verschränkten Teilchen codiert ist, dann wer versucht, lauschen und entdecken den Schlüssel ändert den verschränkten Zustand offenbaren sich (und Alarmierung der beabsichtigten Empfänger sollten sie einen anderen Schlüssel verwenden).

Die neue Studie online veröffentlicht wurde gestern (Jan. 15) in der Fachzeitschrift Science.

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