Les scientifiques ont découvert comment utiliser un matériau quantique pour puiser dans la puissance du magnétisme pour stocker les informations quantiques – grâce à sa capacité à prendre en charge la commutation magnétique (lorsque la polarisation magnétique commutant la direction). Ils disent que cela peut conduire à plus viable calcul quantique et la détection, grâce à des états quantiques beaucoup plus durables.
Bromure de sulfure de chrome est un matériau inhabituel qui a été comparé à la pâte filo (couches minces et pliées de pâtisserie) grâce à sa structure de quelques couches d’atomes. Les scientifiques le considèrent comme extrêmement prometteur pour les appareils quantiques car bon nombre de ses propriétés peuvent être utilisées pour tout type de stockage d’informations. Il peut être utilisé pour stocker des informations à l’aide d’une charge électrique, comme des photons (comme lumière), à travers le magnétisme (à travers le spin électronique) et même via des phonons – comme les vibrations du son. L’une des nombreuses façons dont le bromure de sulfure de chrome pourrait être utilisé pour stocker des informations se fait par l’excitons – quasi-particules qui se forment lorsqu’un électron et son trou sont liés ensemble. Lorsqu’un photon est déplacé de son état d’énergie mis à la terre, il laisse effectivement un trou où il était autrefois. Bien qu’ils soient séparés, le photon et le trou restent associés et deviennent connus comme exciton.
Des recherches antérieures a souligné comment ces excitons peuvent parfois se former en ligne droite dans le matériau. Mais ces excitons présentent également des propriétés magnétiques inhabituelles.
À des températures inférieures à 132 Kelvin (-222 degrés F ou -141 degrés C), les couches du matériau sont magnétisées et les électrons sont alignés, tandis que la direction des interrupteurs de champ magnétique pour chaque couche du matériau.
Lorsque le bromure de sulfure de chrome est réchauffé à plus de 132 K, le matériau perd son aimantation car les électrons peuvent se déplacer dans des directions aléatoires. Dans cet état non magnétisé, les excitons ne sont plus piégés et s’étendent sur plusieurs couches du matériau.
Cependant, lorsque le bromure de sulfure de chrome n’est qu’un seul atome d’épaisseur, les excitons sont confinés à une seule dimension. Lorsqu’elle est utilisée dans un appareil quantique, cette restriction pourrait permettre de stocker des informations quantiques dans les excitons beaucoup plus longtemps qu’elle ne le serait autrement, car les excitons sont moins susceptibles de colliter les uns avec les autres et de perdre les informations qu’ils transportent par décohérence (la perte d’informations quantiques dues à l’ingérence).
Informations quantiques en une seule dimension
Dans la nouvelle étude publiée le 19 février dans la revue Nature Matériaux, les scientifiques ont signalé qu’ils avaient produit des excitons dans du bromure de sulfure de chrome en tirant des impulsions de lumière infrarouge en 20 éclats ne durant que 20 quadrillions de seconde (20 x 10-15). Ils ont ensuite utilisé un deuxième laser infrarouge pour pousser les excitons dans un état d’énergie plus élevé, avant de constater qu’ils avaient créé deux variations d’excitons différentes alors qu’ils auraient autrement dû avoir des états d’énergie identiques.
Lorsque les impulsions moins énergiques ont été tirées par des lasers à partir de différents axes, les chercheurs ont découvert que les excitons dépendants de la direction pouvaient être confinés à une seule ligne ou étendus en trois dimensions. Le changement par rapport à unidimensionniste; à des excitons tridimensionnels expliquaient la durée des excitons sans entrer en collision les uns avec les autres.
« L’ordre magnétique est un nouveau bouton de réglage pour façonner les excitons et leurs interactions. Rupert Huberprofesseur de physique expérimentale et appliquée à l’Université de Regensburg, Allemagne.
L’un des domaines clés que l’équipe de recherche souhaite poursuivre ensuite est de déterminer si ces excitons pourraient être convertis en excitations magnétiques dans le spin électronique du matériau. S’ils pourraient y parvenir, cela pourrait fournir une méthode utile pour convertir des informations quantiques entre différentes particules subatomiques (photons, excitons et électrons).
La commutation entre les états magnétisés et non magnétisés pourrait fournir une méthode rapide pour la conversion des informations quantiques basées sur les photons et le spin. L’espoir avec le bromure de sulfure de chrome est d’exploiter toutes ses propriétés à utiliser dans les appareils futurs.
« La vision à long terme est que vous pouvez potentiellement construire des machines ou des dispositifs quantiques qui utilisent ces trois, voire les quatre, les photons pour transférer des informations, les électrons pour traiter les informations via leurs interactions, le magnétisme pour stocker les informations et les phonons pour moduler et transduire des informations à de nouvelles fréquences », a déclaré le co-auteur de l’étude de l’étude et de l’étude Mackillo Kraprofesseur de génie électrique et informatique à l’Université du Michigan, dans un déclaration.
