Простое скручивание слоев может приблизить эру квантовых компьютеров

Ученые обнаружили удивительно эффективный способ настройки крошечных квантовых источников света, просто скручивая слои материала под названием гексагональный нитрид бора. Credit: AI/ScienceDaily.com

Исследователи из Технологического университета Сиднея продемонстрировали новый способ управления крошечными источниками квантового света путем скручивания атомарно тонких слоев гексагонального нитрида бора.

Это достижение дает ученым новый метод настройки квантовых эмиттеров — микроскопических источников света, которые могут сыграть важную роль в будущих технологиях, таких как квантовые вычисления, защищенная связь и сверхчувствительные датчики.

Ведущий автор исследования доктор Ангус Гейл заявил, что работа предлагает исследователям ценный новый инструмент для того, чтобы сделать эти квантовые системы более практичными.

«Вы можете измерить эти квантовые эмиттеры и увидеть, что они существуют, но заставить их работать на практике сложно. Это дает нам рычаг, чтобы приблизиться к этому — шаг к реализации квантовых технологий», — сказал доктор Гейл.

Скручивание слоев меняет квантовый свет

В ходе экспериментов Гейл и его команда обнаружили, что скручивание материала может значительно изменить как цвет, так и длину волны света, излучаемого квантовыми эмиттерами. Величина изменения была особенно примечательной.

В большинстве исследований создается устройство с определенным углом скручивания, и оно остается неизменным. В отличие от этого, исследователи смогли многократно поднимать, вращать и переукладывать материал, что позволило им непрерывно изменять его свойства.

«Мы используем тот факт, что этот материал, гексагональный нитрид бора (hBN), является слоистым. Мы можем поднять его, сложить, скрутить и использовать это скручивание для модификации эмиттеров. Вы не сможете сделать это с традиционными материалами, такими как алмаз или карбид кремния», — пояснил Гейл.

«Преимущество в том, что мы использовали эту скручиваемую платформу для смещения излучения на очень значительную величину. Часто, когда вы управляете такими системами, степень манипуляции очень ограничена, но в этом случае сдвиг был намного больше, чем ожидалось. Вместо того чтобы пытаться заставить дефекты hBN вести себя как традиционные твердотельные матрицы, мы воспользовались собственным преимуществом hBN: его тонкой, слоистой, скручиваемой структурой», — добавил он.

Почему гексагональный нитрид бора отличается

Гейл сравнил структуру материала с ломтиками сыра, а не с цельным куском.

«С цельным куском сыра вы не сможете добраться до вкуса в середине. Но с ломтиками вы можете отделять слои, складывать их обратно и менять то, как они взаимодействуют», — сказал он.

Поскольку hBN состоит из чрезвычайно тонких слоев, исследователи могут разделять и собирать эти слои способами, невозможными с более традиционными квантовыми материалами.

Новые возможности для квантовых технологий

Руководитель исследования профессор Игорь Ааронович отметил, что способность скручивать слоистые материалы особенно интересна, поскольку она может раскрыть совершенно новое физическое поведение.

«Вы можете взять два слоя, которые сами по себе не дают особого эффекта, сложить их вместе под определенным углом, и внезапно у вас появляется совершенно другая система», — сказал профессор Ааронович.

По словам Аароновича, полученные результаты могут помочь в развитии нескольких новых квантовых технологий.

«Эти материалы в конечном итоге могут быть использованы для квантовых вычислений, связи и квантового зондирования, что найдет применение в таких областях, как здравоохранение, кибербезопасность и улучшенный GPS. Это дает нам больше контроля над строительными блоками, необходимыми для достижения этой цели», — заключил он.

Источники:

Материалы предоставлены Технологическим университетом Сиднея.

Angus Gale, Seungjun Lee, Seungmin Park, Evan Williams, Helen Zhi Jie Zeng, James Liddle-Wesolowski, Young Duck Kim, Milos Toth, Tony Low, Igor Aharonovich. Twist-controlled modulation of quantum emitters in hexagonal boron nitride. Science Advances, 2026; 12 (25) DOI: 10.1126/sciadv.aec0101