Учёные смогли создать «жидкий свет» в самом тонком в мире полупроводнике

Антон Тальский – 11 мая 2021

Международная команда физиков, в том числе и учёные из СПбГУ, сделала важнейшее открытие, которое поможет при создании квантовых компьютеров. Исследователи показали, как в одноатомной плёнке кристалла-полупроводника может формироваться конденсат Бозе — Эйнштейна — бозоны, охлаждённые до сверхнизких температур. Это агрегатное состояние вещества также известно как «жидкий свет».

Как известно, разработать первый в истории полноценный квантовый компьютер пытаются многие компании, в том числе Google и IBM. Но на пути к созданию этого сверхмощного вычислительного устройства учёным придётся решить ещё множество вопросов и преодолеть большое количество трудностей. Одна из них — необходимость использования при разработках криостатов. Так называются резервуары со сжатым гелием и жидким азотом, в которых квантовые процессоры должны охлаждаться до температур ниже -270 градусов по Цельсию.

Однако недавно учёные показали, что производить квантовые вычисления можно и при комнатной температуре. Для этого необходима особая вычислительная платформа, основанная на поляритонах — составных квазичастицах, которые образуются при взаимодействии фотонов с элементарными возбуждениями среды. Именно такую платформу и хотят разработать физики.

Недавно исследователям удалось осуществить важнейших шаг на пути к реализации этого проекта. Они разработали поляритонный лазер, основанный на принципах конденсации Бозе — Эйнштейна. Благодаря новой технологии учёные могут создавать базовые вычислительные элементы будущих квантовых компьютеров — кубиты. Последние, как показали физики, возникают при облучении новым лазером искусственных полупроводниковых структур, которые называются микрорезонаторами.

Одним из них является самый тонкий в мире полупроводник: тончайший слой кристалла диселенида молибдена, в размерах равный всего одному атому. Именно он и был использован учёными. Они экспериментально показали, что при направлении нового поляритонного лазера на этот материал формируется тот самый конденсат Бозе — Эйнштейна, а значит и так называемый «жидкий свет» — великолепный сверхпроводник информации.

«Конденсат Бозе — Эйнштейна был получен в полупроводниковом микрорезонаторе, содержащем слой нового кристаллического материала диселенида молибдена толщиной в один атом. Локализация света в слое такой малой толщины была достигнута впервые. В результате этого исследования могут быть созданы новые типы лазеров, основанные на двумерных кристаллах, позволяющие создавать кубиты — квантовые транзисторы, основу квантового компьютера, работающего на светожидкости», — рассказывает один из разработчиков нового лазера, профессор СПбГУ Алексей Кавокин.

Вычислительные устройства будущего в своей основе будут иметь именно «жидкий свет». Можно представить, как по микросхемам аппаратов будут перемещаться не электроны, но светожидкость, способная проводить огромное количество информации со скоростью, близкой к световой.

Фото: miro.medium.com