Учёные США создали лазер размером с рисовое зерно

Учёные США создали лазер размером с рисовое зерно

Исследователи из Принстонского университета (Princeton University) изготовили миниатюрный лазер нового типа, размер которого не превышает размеров рисового зернышка. Но самым интересным является то, что накачка этого микроволнового лазера, мазера, производится отдельными электронами, перемещающимися за счет эффекта квантового туннелирования через структуру "искусственного атома", известного под названием квантовой точки. Создание данного устройства является демонстрацией некоторого вида фундаментальных взаимодействий между светом и движущимися электронами, а практическое применение разработанная технология может найти в области квантовых вычислений, где квантовые точки, изготовленные из полупроводниковых материалов, могут выступать в роли квантовых битов, кубитов будущих квантовых компьютеров.

"Создание квантового лазера является важным шагом на пути создания квантовых вычислительных систем на базе полупроводниковых материалов" - рассказывает Джейкоб Тэйлор (Jacob Taylor), ученый из Национального института стандартов и технологий, - "И данное достижение полностью вписывается в движение к нашей главной цели - к реализации явления квантовой запутанности между кубитами полупроводниковых квантовых устройств, благодаря которому они смогут обмениваться информацией друг с другом".

Для создания миниатюрного лазера исследователи спроектировали квантовые точки, которые излучают фотоны в те моменты, когда движущиеся электроны переходят с более высокого на более низкий энергетический уровень. Каждая такая квантовая точка способна пропустить через себя только один электрон за один раз. "Это походит не группу людей, пытающихся перепрыгнуть через ручей при условии того, что площадка, с которой можно прыгнуть и на которую можно приземлиться, вмещает только одного человека" - рассказывает один из исследователей, - "Поэтому люди вынуждены преодолевать поток по одному. И наши двойные квантовые точки работают точно так, пропуская электроны через себя строго по одному".

Основой квантовых точек являются чрезвычайно тонкие, до 50 нанометров, нанопроводники из арсенида индия, полупроводникового материала. Эти нанопроводники проложены поверх металлических проводников еще меньшего диаметра, которые выполняют роль электрода, затвора, управляющего энергетическим уровнем квантовых точек.

Лазер состоит из двух идентичных квантовых точек, расположенных на расстоянии 6 миллиметров в углублении, деланном на подложке из сверхпроводящего материала, охлажденного практически до температуры абсолютного нуля. "Это является первым разом в истории физики, когда реализована квантовая связь между двумя точками, разделенными весьма существенным расстоянием, почти сантиметром".

Когда на устройство подается электрический потенциал, электроны по одному начинают проходить через структуру двойной квантовой точки. Теряя энергию на этом переходе, электроны заставляют квантовые точки излучать фотоны микроволнового диапазона, которые, отражаясь от зеркал, расположенных по краям углубления, выстраиваются в последовательный луч микроволнового лазерного излучения.

Большим преимуществом нового лазера является то, что энергетические уровни каждой квантовой точки могут быть установлены с очень высокой точностью. Чем больше разница между энергетическими уровнями квантовых точек, тем большую частоту имеет излучение лазера. Это позволяет получить такую частоту излучения лазера, на которой принципиально не могут работать полупроводниковые лазеры других типов, частота излучения которых, к тому же, определяется в момент их производства.

"Использование двойных квантовых точек позволяет получить полный контроль над их энергетическими уровнями и, как следствие, над движением отдельных электронов. Это, в свою очередь, позволяет лазеру излучать как непрерывный поток света достаточно большой для его размеров мощности, так и отдельные фотоны. И, благодаря этому, новый лазер может с успехом выступать в роли источника света и источника единичных фотонов для квантовых вычислительных систем будущего".

Newsland.ru

Похожие новости:
Биотопливо из морских водорослей - технология будущего
Ученые из института биоинформатики Вирджинии собрали проект генома последовательности морских водорослей, чтобы помочь ученым США в проекте обнаружения наиболее эффективных видов. Результаты опубликованы в издании Nature Communications.Потребность развития альтернативных возобновимых источников топлива уже достаточно давно признается ..
2012-04-4 2250 0 Технология
0
В Пензе планируют делать топливо из птичьего помета
В Министерстве сельского хозяйства Пензенской области рассматривают проект создания на территории региона биоэнергетического предприятия. Альтернативную энергию предполагается производить из органических отходов птицефабрик, сообщает ИА «Казах-Зерно».Планами строительства предприятия по производству газа и электричества из птичьего помета поделился министр ..
2012-01-24 2436 0 Технология
0
Биотехнические продукты питания: кто "за"?
Как показали результаты недавнего опроса, проведенного Международным советом по продовольственной информации, большинство потребителей готово приобретать экологически безопасное и питательное продовольствие из пшеницы с биотехническими свойствами. В целом большинство потребителей положительно или нейтрально относятся к использованию достижений биотехники в растениеводстве. ..
2012-06-23 1418 0 Технология
0
Минсельхоз РФ поддержал идею развития биоэнергетики
Развитие биоэнергетики позволит сельхозтоваропроизводителям сэкономить производственные издержки за счет выработки собственных энергетических ресурсов.Об этом заявил сегодня на открытии форума "Биоэнергетика- 2012" заместитель министра сельского хозяйства РФ Александр Петриков."Со стороны министерства мы всецело поддерживаем это направление ..
2012-06-9 1525 0 Технология
0
Российские биопроизводства вытеснят белорусские?
Премьер-министр Беларуси Михаил Мясникович призвал коллег задействовать инновационные биотехнологические производства на полную мощность и указал, что если не будет развития, российские биопроизводства вытеснят белорусские с общего рынка Таможенного союза. «Потенциальные возможности в этих секторах у России выше, чем наши, ..
2012-02-15 1648 0 Технология
0
Топ-7 продуктов будущего: наномолоко
Модные нынче нанотехнологии могут найти применение в приготовлении продуктов питания: с их помощью можно изменить питательные свойства еды и ее вкус. В силу своего размера наночастицы легко проникают через биологические мембраны и физиологические барьеры организма, встраиваясь в живые клетки. Обогащенные ..
2012-06-4 2300 0 Технология
0
Украина вступает в научный центр Сколково
Представители Украины станут членами научного и промышленного советов в российском инновационном центре Сколково, сообщила пресс-служба украинского правительства в минувшую пятницу. Это решение было одобрено в пятницу в ходе встречи украинского премьер-министра Николая Азарова и делегации из Сколково. «Научный совет ..
2013-05-25 1483 1 Технология
0
Трансгенные технологии решат проблему продбезопасности
Член ВК НПКСК, сотрудник Научно-исследовательского института защиты растений Академии сельскохозяйственных наук Китая Пэн Юйфа призвал к усилению изучения трансгенных культур в целях противодействия проблеме продовольственной безопасности, которая возможно возникнет в будущем.По его словам, для решения проблемы поставок ..
2013-03-8 1269 0 Технология
0
Египет: ученые вывели лучший сорт пшеницы в мире
Египетские ученые вывели один из самых лучших сортов пшеницы по урожайности. Улучшение качества пшеницы означает, что Египет находится на пути к достижению своей цели - производить порядка 75% от необходимого ему объема пшеницы в течение следующих 3 лет. По словам египетских ученых, ..
2012-06-19 2147 0 Технология
0
В Китае усовершенствовали говядину
Специалисты из Пекинского университета привили коровам ген, который сделает их мясо более вкусным и сочным. Если эксперимент пройдет удачно, через несколько лет в магазинах можно будет купить обычное мясо, не уступающее по вкусовым качествам мраморной говядине. Китайские ученые ..
2012-08-27 1706 0 Технология
0
В Японии на сельхозземлях будут работать фермеры-роботы
В Японии проектируется футуристическая ферма: на пострадавших от мартовского цунами землях будут работать роботы. Цунами, вызванное девятибалльным землетрясением, нанесло значительный ущерб северо-востоку страны и, согласно последним данным, унесло жизни девятнадцати тысяч людей. Кроме того, территория ..
2012-01-10 1599 0 Технология
0
Казахстан: диверсификация культур и нулевые технологии
31 июля- 1 августа 2013 года в Шортанды, Акмолинской области состоялась научная конференция на тему «Диверсификация культур и нулевые технологии в засушливых регионах». Эта тема охватывает основные направления развития систем земледелия в нашей стране, пишет на страницах издания «КазахЗерно.kz» академик НАН РК, главный ..
2013-08-12 2489 0 Технология
0
В США проходит международный конкурс энергоэффективных домов
В США прошел Международный конкурс энергоэффективных домов. Мероприятие организовано министерством энергетики США и собрало 19 команд студентов-архитекторов из Америки, Китая и Новой Зеландии. Экспертная комиссия оценивала дома по десяти признакам, за каждый из которых был максимум 100 очков. Выиграла та команда, которая набрала ..
2011-10-27 2016 0 Технология
0
Радиационные технологии, или Как уберечься от террористов
Вчера в ВВЦ прошел круглый стол кластера ядерных технологий фонда «Сколково» на тему «Технологическая платформа «Радиационные технологии» для обеспечения безопасности: от идеи до продукта». Участники мероприятия обсудили состояние, перспективы и ограничения развития российского рынка, конкурентоспособность отечественных поставщиков, а также ..
2011-10-27 1629 0 Технология
0
В Армении рассчитана общая доля возобновляемой энергетики
Согласно расчётам, проведённым Министерством энергетики и природных ресурсов Армении, доля электроэнергии, вырабатываемой за счет возобновляемых источников энергии в стране, составляет около 7% в совокупной выработке. По словам министра энергетики и природных ресурсов Армении Левона Шахвердяна, по состоянию на прошлый ..
2011-10-27 1713 0 Технология
0