Ich szukaniem zajęli się naukowcy z Uniwersytetu w Waszyngtonie, o czym piszą oni na łamach Nature Nanotechnology. Kluczem do sukcesu w obserwacjach okazało się skupienie na świetle emitowanym przez atomy w czasie ich stymulacji z użyciem lasera. Analizując generowane wtedy dźwięki badacze mogliby doprowadzić do sytuacji, w której jest to wykorzystywane do kodowania i przesyłania informacji kwantowych. Ostatecznie mówi się o rozwoju przydatnym dla dziedzin takich jak informatyka, komunikacja i projektowanie czujników.
Czytaj też: Zwiększyli dokładność pomiarów bilion razy. Fińscy naukowcy napędzą rozwój technologii kwantowej
Obiecujące wydaje się zaprojektowane przez członków zespołu urządzenie, mogące służyć jako nowy rodzaj elementów konstrukcyjnych technologii kwantowych. Celem jest kontrolowanie pojedynczych fotonów przechodzących przez zintegrowane obwody optyczne, co stanowi kontynuację wcześniejszych starań badaczy. Już w przeszłości potwierdzili oni, że informacja może zostać zakodowana w ekscytonie, a później uwolniona w postaci fotonu.
Co ważne, właściwości kwantowe każdego emitowanego fotonu, między innymi polaryzacja, długość fali czy czas emisji, mogą funkcjonować w formie kubitu. Ten ostatni, będący bitem kwantowym, jest wykorzystywany na przykład do wykonywania zaawansowanych obliczeń oraz utrzymywania komunikacji. A skoro kubit jest przenoszony przez foton, to przemieszcza się z prędkością światła. Fotony są wyjątkowo przydatne również ze względu na fakt, że mogą podróżować na znaczące odległości z dużą prędkością i to bez większych strat energii bądź informacji.
Członkowie zespołu badawczego ułożyli na sobie warstwy składające się z atomów wolframu i selenu
Dążąc do stworzenia tzw. emitera kwantowego, autorzy badań umieścili na sobie dwie cienkie warstwy atomów wolframu i selenu (tworzących diselenek wolframu). Następnie potraktowli te warstwy impulsem światła laserowego, wytrącając elektron z jądra i tworząc kwazicząstkę ekscytonu. Każdy takowy składał się z ujemnie naładowanego elektronu na jednej warstwie diselenku wolframu i dodatnio naładowanej dziury zawierającej elektron na drugiej warstwie.
W tym momencie pojawia się podstawowa wiedza: przeciwne ładunki się przyciągają, dlatego elektron i dziura w każdym ekscytonie były ze sobą związane. W pewnym momencie elektron spadł do dziury, natomiast ekscyton wyemitował pojedynczy foton zakodowany w informacji kwantowej. Tak właśnie powstał wysoce pożądany emiter kwantowy, choć na tym badania się nie skończyły.
Ich autorzy dokonali bowiem zaskakującej obserwacji: doszło do powstania fononów, które odpowiadały za wspomniane w tytule oddychanie. Dwie warstwy atomowe diselenku wolframu doprowadziły do powstania fononów, których nigdy wcześniej nie obserwowano w pojedynczym emiterze odnoszącym się do takiego układu atomowego. Przykładając napięcie elektryczne, naukowcy zdali sobie sprawę, że są w stanie wpływać na energię interakcji powiązanych fononów i emitowanych fotonów. Ze względu na możliwość mierzenia i kontrolowania tego, jak kodowane są informacje kwantowe, pojawia się scenariusz, w którym zostaje to wykorzystane do tworzenia obwodów kwantowych oraz realizowania całej masy praktycznych zastosowań.
