Første gang nogensinde observation af multi-foton Fano-effekt kan føre til boost i kvanteberegning

I den første undersøgelse af sin art, udgivet af Naturkommunikation , et internationalt team af forskere ledet af University of Surrey har bevist eksistensen af ​​den sagnomspundne multi-foton Fano-effekt i et eksperiment.

Ionisering er, når elektroner absorberer fotoner for at få nok energi til at undslippe kernens elektriske kraft. Einstein forklarede i sin nobelprisvindende teori om den fotoelektriske effekt, at der er en tærskel for fotononenergien, der kræves for at forårsage en flugt. Hvis en enkelt fotons energi ikke er nok, der kan være et bekvemt halvvejs trin:ionisering kan forekomme med to fotoner startende fra den laveste energitilstand.

Imidlertid, ifølge kvanteteoriens kontraintuitive verden, eksistensen af ​​dette halvvejstrin er ikke nødvendigt for at en elektron kan bryde fri. Alt elektronen skal gøre er at få nok strøm fra flere fotoner, som kan opnås gennem "spøgelsesagtige" såkaldte virtuelle tilstande. Denne multi-foton absorption sker kun under ekstremt intense forhold, hvor der er nok fotoner tilgængelige.

Når der er et halvvejs skridt og nok fotoner rundt, begge muligheder er tilgængelige for ionisering. Imidlertid, atomernes bølgelignende natur udgør en anden hindring:interferens. Ændring af fotonenergi kan få de to forskellige bølger til at styrte ind i hinanden, fører enten til forstærkning eller fuldstændig udslettelse af deres effekt på absorptionsbegivenheden.

Denne Fano-effekt blev teoretisk forudsagt for næsten 50 år siden og har været uhåndgribelig i årtier på grund af den høje intensitet, der er nødvendig; at fremstille en stabil laser, der producerede et stort nok elektrisk felt, der kræves til at implementere denne effekt på isolerede atomer, var ikke - og er stadig ikke - teknisk muligt.

Teamet ledet af University of Surrey overvandt denne komplikation ved at bruge urenhedsatomer, hvor, på grund af påvirkning af halvlederværtsmaterialet, det elektriske felt, der bestemmer de ydre elektronbaner, er væsentligt reduceret, og følgelig, Der kræves meget mindre laserintensitet for at demonstrere Fano-effekten. Holdet brugte almindelige computerchips, der indeholder fosforatomer indlejret i en siliciumkrystal.

Holdet brugte derefter kraftige laserstråler på fri-elektronlaserfaciliteten (FELIX) på Radboud Universitet, Holland, at ionisere fosforatomer. Resultatet af ionisering blev estimeret ved absorptionen af ​​en svag lysstråle. Ved at feje laserstrålingsfotonens energi, forfatterne observerede Fano-linjeformens forskellige skævhed.

Dr. Konstantin Litvinenko, medforfatter og forsker ved University of Surrey, sagde:"Vi mener, at vi har taget et meget vigtigt skridt hen imod implementeringen af ​​nye og lovende anvendelser af ultrahurtig udlæsning af siliciumbaserede kvantecomputere; selektiv isotopspecifik ionisering; og en række nye atom- og molekylfysiske spektroskopier."