Обнаружен дефект одного атома в 2D-материале, который может хранить квантовую информацию при комнатной температуре

Ученые обнаружили, что «одиночный атомный дефект» в слоистом 2D-материале может удерживать квантовую информацию в течение микросекунд при комнатной температуре. Дефект, обнаруженный исследователями из университетов Манчестера и Кембриджа с использованием тонкого материала под названием гексагональный нитрид бора (hBN), демонстрирует спиновую когерентность — свойство, при котором электронный спин может сохранять квантовую информацию — в условиях окружающей среды. Они также обнаружили, что этими вращениями можно управлять с помощью света.

Физики из Гарварда продемонстрировали самое длинное в мире расстояние между двумя узлами квантовой памяти

Команда физиков из Гарварда разработала практические основы первого квантового Интернета, соединив два узла квантовой памяти, разделенные оптоволоконной линией, развернутой по кольцу длиной примерно 22 мили через Кембридж, Сомервилл, Уотертаун и Бостон. Два узла располагались этажом друг от друга в Гарвардской лаборатории комплексной науки и техники. Каждый узел представляет собой очень маленький квантовый компьютер, сделанный из кусочка алмаза, имеющего дефект в атомной структуре, называемый центром кремниевых вакансий. Внутри алмаза резные структуры размером менее одной сотой ширины человеческого волоса усиливают взаимодействие между центром кремниевой вакансии и светом. Центр кремниевых вакансий содержит два кубита, или бита квантовой информации: один в форме электронного спина, используемого для связи, а другой в виде более долгоживущего ядерного спина, используемого в качестве кубита памяти для хранения запутанности (квантово-механический свойство, позволяющее идеально коррелировать информацию на любом расстоянии). Оба вращения полностью управляются микроволновыми импульсами. Эти алмазные устройства площадью всего несколько квадратных миллиметров размещены внутри холодильных установок, температура которых достигает -459°F.

Управление отдельными многоатомными молекулами в оптической матрице для квантовых приложений

Группе физиков из Гарвардского университета впервые удалось поймать отдельные многоатомные молекулы в массивы оптических пинцетов. Физики нашли способ контролировать один тип молекул с тремя атомами — CaOH. Учёные начали с изоляции отдельных молекул в вакуумной камере, охлажденной до температуры чуть ниже 100 микрокельвинов, а затем с помощью оптических пинцетов (лазеров) разделили их, что позволило команде сосредоточить свои усилия на одной молекуле. Далее был разработан способ изображения отдельной молекулы, который доказал, что данный пинцет был загружен без разрушения изучаемой молекулы. Затем молекулу привели в желаемое квантовое состояние, что позволило контролировать ее вибрацию, вращение и ядерный спин.

Световые пули обмениваются поляризацией при столкновениях

Световые пули – сверхкороткие импульсы света, образующиеся в нелинейной среде за счет явления самофокусировки. Световая пуля представляет собой уединенную волну – солитон, который по ряду параметров похож на движущуюся частицу. Солитоны могут сталкиваться между собой, ударяясь подобно бильярдным шарам, или проходить друг сквозь друга, обмениваясь энергией. До недавнего времени исследования ограничивались взаимодействием солитонов с одной поляризацией. Физики разработали трехмерную модель взаимодействия двух солитонов в многомодовом оптическом волокне с градиентным распределением показателя преломления. При определенном соотношении величин нелинейности и дисперсии решение в виде солитонов является устойчивым. Если рассмотреть не линейные, а круговые поляризации, то уравнения процесса взаимодействия солитонов становятся проще, и описание процесса может в итоге быть сведено к ньютоновской динамике. При взаимодействии друг с другом световые пули "обмениваются" поляризациями. Подбирая поляризацию и скорость сближения взаимодействующих световых пуль, можно "на выходе" получить любую заданную поляризацию света. В зависимости от скорости сближения световых пуль и их поляризаций столкновения могут быть как упругими, так и неупругими.

Реализация идеального всенаправленного плаща-невидимки в свободном пространстве

Основываясь на оптике линейного преобразования и теории строения всенаправленно согласованных прозрачных метаматериалов, исследовательская группа разработала и внедрила полнопараметрический всенаправленный плащ-невидимку, способный скрывать крупномасштабные объекты в свободном пространстве. Один материал используется, чтобы позволить электромагнитной волне обойти область маскировки с всенаправленным согласованием импеданса и нулевой фазовой задержкой. Второй материал также обладает анизотропными определяющими параметрами для достижения фазовой компенсации с всенаправленным согласованием импеданса, а электромагнитные волны, распространяющиеся в оптическом направлении, имеют субсветовую фазовую скорость. В ходе экспериментальной проверки исследователи реализовали эти два материала с полнопараметрическими определяющими параметрами для ТМ-поляризованной волны.

Гигантское вращение Фарадея в атомно тонких полупроводниках

В недавнем исследовании немецкие и индийские физики показали, что ультратонкие двумерные материалы, такие как диселенид вольфрама, могут поворачивать поляризацию видимого света на несколько градусов на определенных длинах волн в небольших магнитных полях, подходящих для использования в чипах. Ученые из Мюнстерского университета (Германия) и Индийского института научного образования и исследований (IISER) в Пуне (Индия) опубликовали свои выводы в журнале Nature Communications. Чип компьютерного процессора содержит миллиарды переключающих элементов. Таким образом, работа немецко-индийской группы является шагом вперед в разработке миниатюрных оптических изоляторов из 2D-материалов, которые имеют толщину всего несколько атомных слоев и в сто тысяч раз тоньше человеческого волоса.

Универсальная генерация фототока в твердых телах с помощью линейно поляризованного лазера

Продемонстрировано, что одноцветная установка с круговой поляризацией порождает фототок в полуметалле Вейля независимо от лежащей в его основе симметрии и структурных деталей. Использование интенсивного лазерного импульса открывает фототок, зависящий от спиральности, который также настраивается в зависимости от эллиптичности света. Выделенный метод генерации фототока демонстрирует чувствительность к амплитуде, фазе и спиральности циркулярно поляризованного света. Кроме того, когда эллиптичность света переходит от круговой к линейной, фототок постепенно уменьшается до нуля. Преимущества этого нового подхода многочисленны. Во-первых, он генерирует универсальный фототок как в топологических, так и в нетопологических материалах. Во-вторых, его можно настроить, настроив угол между плоскостями поляризации и соотношение амплитуд двух источников света. В-третьих, его можно дополнительно настроить, введя временную задержку между двумя вспышками света.

Компьютерная голография сплита Ломана даёт быстрое создание 3D-голограммы при одноэтапном дифракционном расчете

Традиционные методы создания голограмм, генерируемых компьютером (CGH), основаны на повторяющихся вычислениях, что приводит к увеличению вычислительной сложности. Чтобы решить эту проблему, учёные представили новый метод генерации CGH, который значительно снижает вычислительные затраты при сохранении высококачественной 3D-визуализации. Подход использует модель дифракции на основе разделенной линзы Ломана, что позволяет быстро синтезировать трехмерные голограммы посредством одношагового расчета обратного распространения. Благодаря включению специально разработанной виртуальной цифровой фазовой модуляции в разделенную линзу Ломана их метод обеспечивает высокоточную реконструкцию трехмерных сцен с точным восприятием глубины. Для проверки эффективности были проведены моделирование и серия экспериментов.

Многопереходный каскадный лазер поверхностного излучения с вертикальным резонатором и высокой эффективностью преобразования мощности 74%

Используя технологию многопереходных каскадных активных зон и обратные туннельные переходы для реализации каскадирования активных областей, учёные добились прорыва в эффективности VCSEL (лазеры поверхностного излучения с вертикальным резонатором). Физики смоделировали масштабирующие свойства многопереходных VCSEL и сравнили их со свойствами однопереходных VCSEL. Численное моделирование показывает, что 20-переходный VCSEL может превышать эффективность электрооптического преобразования 88% при температуре окружающей среды. Экспериментально, VCSEL с 15 переходами достиг эффективности электрооптического преобразования 74% при комнатной температуре с наклонной эффективностью 15,6 Вт/А, что соответствует дифференциальному квантовому выходу более 1100%. Такая эффективность электрооптического преобразования является самой высокой на сегодняшний день в области VCSEL, а эта дифференциальная квантовая эффективность является самой высокой, когда-либо зарегистрированной в полупроводниковых лазерах.

Фемтосекундный волоконный лазерный генератор и усилитель с длиной волны 635 нм

В Advanced Photonics Nexus сообщается о разработке фемтосекундного волоконного генератора и усилителя с синхронизацией мод видимого света, излучающего красный свет с длиной волны 635 нм и имеющего конфигурацию резонатора в виде девятки. В качестве усиливающей среды видимого диапазона используется фторидное волокно с двойной оболочкой. Видимая самозапускающаяся синхронизация мод напрямую генерирует красные лазерные импульсы с длительностью импульса 199 фс и частотой повторения 53,957 МГц от генератора. Точный контроль расстояния между парами решеток может переключить состояние импульса с диссипативного солитона или солитона с растянутыми импульсами на обычный солитон. Система усиления чирпированных импульсов в генераторе значительно повышает производительность лазера, в результате чего средняя выходная мощность превышает 1 Вт, энергия импульса составляет 19,55 нДж, а длительность импульса с дечирпированием составляет 230 фс.