0
2261
Газета Печатная версия

26.01.2021 18:45:00

Увидеть функцию

Достижения физиков-экспериментаторов позволяют развивать невероятные технологии обработки квантовой информации

Тэги: физика, гравитация, кванты, технологии


физика, гравитация, кванты, технологии Три пика волновой функции энергии электронов квантовой точки

Науки зарождаются как абстракции. Додумавшимся до какой-то идеи людям зачастую не хватает слов естественного языка для ее описания, или в них начинают вкладывать совершенно иной смысл.

Известно, что следствием эйнштейновской общей теории относительности (ОТО) стало развитие – сначала теоретическое – понятия «гравитационные волны». В конце концов их удалось уловить с помощью обсерватории, измерившей интерференцию лучей лазера. Лазер – это световой усилитель (амплификатор), который выводит электроны при их накачке на новый, более высокий энергетический уровень. При «соскакивании» с этого уровня происходит испускание фотонов с одинаковой – когерентной – длиной волны и частоты. Этим лазерный луч отличается от обычного света с фотонами неупорядоченных волн и частот.

Отцы-основатели квантовой физики пытались понять, почему электрон при своем вращении не падает на ядро. Противоречие, возникшее с классической астрономией, было разрешено датским физиком-теоретиком Нильсом Бором. Он постулировал, что электрон не теряет энергии, находясь в исходном, или ground-состоянии. Для того чтобы заставить электрон испускать фотоны, надо насытить его энергией. Химикам, которые знают, что химические реакции невозможны без взаимодействия электронов, идея очень понравилась, и они заговорили об энергетическом барьере, мешающем протеканию реакций.

С этим был не согласен американский физик Георгий (Джордж) Гамов. Ему не давало покоя явление альфа-распада, при котором из ядер более тяжелых элементов вылетает ядро гелия – альфа-частица. Гамов объяснил это возможностью туннельного прохода под энергетическим барьером, удерживающим протоны и нейтроны в ядрах.

Много позже туннельным эффектом стали объяснять фотосинтез и ферментные реакции, а также принцип работы сканирующего туннельного микроскопа. Выяснилось, что приближение стилуса туннельного микроскопа к поверхности образца электроны начинают проходить по туннелю под барьером. Подъем «щупа» прекращает протекание тока.

1-12-6480.jpg
Энергетические конусы гексагонального
нитрида бора (hBN) в фазе (справа) и
со сдвигом фазы слева (видна разница
энергий, показанная справа разными
цветами).  Иллюстрации Physorg
Сегодня электроны и другие элементарные частицы давно перестали быть абстракцией (как и боровские квантовые скачки между энергетическими уровнями). Но долгие десятилетия таковой оставалась загадочная волновая функция (wave function), с помощью которой пытались определить свойства электрона. Недавно ее наконец-то удалось визуализировать ученым из Калифорнийского университета в городе Санта-Крус. Сделали они это с помощью СТМ, острие которого подвели к квантовой точке (Quantum Dot), помещенной на двойной слой графена.

Состояния точки определяли энергетический спектр электронов при их взаимодействии друг с другом. Физики университета считают, что их фундаментальный подход обеспечил платформу для дальнейшего развития технологий обработки квантовой информации благодаря так называемым кубитам. Их отличительная особенность заключается в возможности наложения (суперпозиции) битов информации 0 и 1. Благодаря СТМ ученые впервые увидели три пика большой амплитуды, представляющие волновую функцию уловленных электронов.

Двойной слой графена в эксперименте был размещен на подложке из гексагонального нитрида бора (hBN), имеющего такую же, как и графен, ячеистую структуру. Она сходна с пчелиными сотами. Нитрид бора – многообещающий материал для воплощения в жизнь идей квантовой механики и технологий с использованием квантовых точек. Ученые уже использовали алмазы и арсенид галлия в качестве платформ создания квантовых точек и манипулирования ими, но двуслойный графен видится более предпочтительным.

Пока физики шаг за шагом ищут возможности, о которых до недавнего времени никто и подозревать не мог. Взять для примера те же полупроводники с их положительно заряженными «дырками» (Р) и негативными (N) электронами, о чем стали подозревать еще в конце 20-х годов ХХ века, но лишь в 1948 году удалось сделать первый полупроводниковый транзистор размером с ноготь мизинца. Сейчас на той же площади размещаются миллионы транзисторов. Можно только догадываться, что даст визуализация волновой функции, потому что недаром же говорят, что лучше один раз увидеть.


Оставлять комментарии могут только авторизованные пользователи.

Вам необходимо Войти или Зарегистрироваться

комментарии(0)


Вы можете оставить комментарии.


Комментарии отключены - материал старше 3 дней

Читайте также


Америка на пути в цифровые облака

Америка на пути в цифровые облака

Владимир Иванов

Байдену требуется искусственный интеллект

0
358
В будущем понадобятся "многостаночники" в сфере услуг

В будущем понадобятся "многостаночники" в сфере услуг

Наталья Савицкая

COVID-19 стал беспрецедентным вызовом для системы среднего профтехобразования

0
1132
Курьеры, медики и айтишники сумели заработать на пандемии

Курьеры, медики и айтишники сумели заработать на пандемии

Анастасия Башкатова

Возвращение сферы услуг к докризисным показателям зависит от мутаций коронавируса и доходов населения

0
3626
Константин Ремчуков: Китай отходит от многополярного мира в направлении биполярного

Константин Ремчуков: Китай отходит от многополярного мира в направлении биполярного

Константин Ремчуков

1
8060

Другие новости

Загрузка...