Хиральность "трионов" открывает новые пути для квантовой оптики

Ученые из Токийского столичного университета обнаружили, что заряженные состояния, состоящие из двух электронов и положительно заряженной дырки (или наоборот) на атомарно тонких рулонах атомов углерода, обладают структурно обусловленной хиральностью при взаимодействии со светом. Хотя было известно, что электронно-дырочные пары, или экситоны, сохраняют хиральность лежащей в их основе нанотрубки, физики показали, что добавление заряда для создания "трионов" не меняет это свойство. В своей работе, опубликованной в журнале Nature Communications, учёные демонстрируют новые способы применения углеродных нанотрубок в оптоэлектронных устройствах следующего поколения.

Квантово-газовая микроскопия трехкомпонентных систем Хаббарда

Сверххолодные атомы часто используются для построения систем, напоминающих те, что встречаются в физике твердого тела (фермионные атомы играют роль электронов в твердом теле). Эта система уникальна тем, что реализует модель Хаббарда, которая является одной из важнейших моделей для описания взаимодействия фермионов на решетке. Такой подход считается особенно перспективным для понимания высокотемпературной сверхпроводимости. Используя микроскоп для квантовых газов, впервые команда физиков из Германии, Таиланда, Индии, Китая и США создала в лабораторных условиях трехкомпонентную систему Хаббарда с регулируемыми взаимодействиями. Исследование, опубликованное в журнале Science, закладывает важную основу для будущих квантовых симуляций в ядерной физике и материаловедении.

Геометрически обусловленные топологические хиральные фермионы в аморфных хиральных металлах

Благодаря валентности и частично перекрывающимся электронным состояниям проводимости, полуметаллы занимают промежуточное положение между металлами и изоляторами по проводимости. Топологические полуметаллы (TSM) отличаются электронными свойствами, защищенными геометрической структурой их электронных волновых функций, что делает их устойчивыми к разрушению и представляет собой перспективную площадку для квантово-электронных исследований. Хиральные TSM существуют в двух вариантах: с хиральностью кристаллической решетки или без неё. В данной работе показано, что хиральность кристаллической решетки служит регулируемым механизмом для генерации идеальных фаз TSM. Работа опубликована в журнале Physical Review Materials и оспаривает устоявшееся мнение о том, что разупорядоченность неизбежно разрушает металлические топологические состояния.

Однократное измерение повышает надежность квантовых битов

Исследователи из Регенсбургского университета и их международные партнеры нашли способ значительно уменьшить ошибки в квантовых битах. Экспериментально было показано, что одно дополнительное измерение перед серией квантовых операций может снизить частоту ошибок более чем вдвое. Результаты опубликованы в журнале Applied Physics Reviews. В данной работе кубит представлял собой крошечную сверхпроводящую электрическую схему на чипе, управляемую с помощью микроволновых сигналов, где резонансная частота неконтролируемо переключалась между двумя известными значениями.

Прямая визуализация поля напряжений вокруг дислокации в алмазе подтверждают теорию кристаллического напряжения, существовавшую 80 лет

Впервые японские исследователи напрямую картировали несколько компонентов поля напряжений, окружающего дефект атомного масштаба в кристаллической структуре алмаза. Группа под руководством Токуйюки Терадзи из Национального института материаловедения Японии добилась этого результата, используя азотно-вакансионные центры (NV) в алмазе, спиновые состояния которых по-разному реагируют на напряжение в зависимости от их ориентации относительно поля напряжений. Опубликованная в журнале Applied Physics Letters методика подтверждает теорию 80-летней давности о распределении миниатюрных полей напряжений в алмазе.

Сверхток позволяет считывать квантовую информацию, не разрушая её

Одна из фундаментальных задач квантовых вычислений — получение информации из квантового бита (кубита). В отличие от обычного бита, который можно считывать многократно без изменения его содержимого, прямое измерение квантовой системы обычно приводит к коллапсу состояния до того, как его можно будет определить. Другими словами, считывание информации изменяет её. В данной работе предлагается обойти эту проблему, используя уникальное свойство определенного типа кубитов, называемых "андреевскими кубитами". Они генерируют осциллирующий электрический сверхток за счет собственной квантовой динамики, что будет служить макроскопическим индикатором состояния кубита, позволяя восстанавливать его практически неразрушающим способом. Исследование было опубликовано в журнале Physical Review B.

Метод, основанный на использовании света, позволяет точно контролировать сверхбыстрый поток электронов в сканирующем туннельном микроскопе

Что потребуется, чтобы наблюдать за движением электрона в материале? Физикам необходимо увидеть отдельные атомы и зафиксировать движение электрона в невероятно короткие промежутки времени. Команда под руководством Техниона объединила эти две возможности в сканирующем туннельном микроскопе, используя тщательно сформированные лазерные импульсы для управления направлением потока электронов, сохраняя при этом пространственное разрешение на наномасштабном уровне. Исследование, проведенное под руководством Михаэля Крюгера с физического факультета Техниона и опубликованное в журнале Nature Photonics, основано на микроскопе с исключительно острым кончиком иглы. Когда кончик иглы подносится очень близко к поверхности, электроны могут пересекать зазор благодаря квантовому эффекту, называемому туннелированием. Возникающий в результате ток позволяет картировать мельчайшие особенности поверхности. До сих пор отслеживание быстрого движения электронов внутри этого крошечного зазора представляло собой серьезную проблему.

Доказано существование квантового предела скорости термализации

Независимо от того, ждём ли мы, пока лобовое стекло автомобиля оттает зимой, или пока остынет тёплый напиток, время, необходимое объекту для достижения стабильной, равномерной температуры в окружающей среде (тепловое равновесие), зависит от множества факторов. К ним относятся площадь поверхности, свойства материала объекта и поток воздуха. Но когда мы приближаемся к субатомному масштабу, например, к тому, где работают кубиты в квантовом компьютере, вступают в силу другие правила. Внешние условия по-прежнему имеют значение, но, согласно новой статье, опубликованной в журнале Nature Physics, квантовая механика устанавливает фундаментальный предел скорости, с которой процесс может привести различные квантовые системы в состояние теплового равновесия. Значимость этого открытия заключается в том, что эта граница универсальна. Независимо от того, сколько энергии приложено или насколько сильно система подвергается воздействию, процесс нельзя ускорить.

Нелинейный круговой дихроизм выявляет локальную кривизну Берри

Физики из Университета имени Фридриха Шиллера в Йене и Регенсбургского университета разработали метод определения кривизна Берри — величина, описывающая определенные геометрические свойства квантово-механических состояний электронов. Измерения проводились в слое полупроводника диселенида вольфрама толщиной всего в один атомный слой. В работе использовались сверхкороткие лазерные импульсы. Результаты опубликованы в журнала Nature Photonics.

Активное движение против потока в квантовой жидкости света, возникающее из-за нереципрокных взаимодействий

В работе, опубликованной в журнале Physical Review A, группа физиков демонстрирует, как луч света может "плыть" против течения в квантовой световой жидкости, нарушая симметрию действия-противодействия и изменяя влияние окружающих сил на течение.