Lille grafentromle kunne danne fremtidig kvantehukommelse

Forskere fra TU Delfts Kavli Institut for Nanovidenskab har demonstreret, at de kan registrere ekstremt små ændringer i position og kræfter på meget små tromler af grafen. Grafen tromler har et stort potentiale til at blive brugt som sensorer i enheder som mobiltelefoner. Ved at bruge deres unikke mekaniske egenskaber, disse trommer kunne også fungere som hukommelseschips i en kvantecomputer. Forskerne præsenterer deres resultater i en artikel i den 24. august udgave af Natur nanoteknologi . Forskningen er finansieret af FOM Fonden, EU's Marie-Curie-program, og NWO.

Grafen er berømt for sine specielle elektriske egenskaber, men forskning i et-lags tynd grafit blev for nylig udvidet til at udforske grafen som et mekanisk objekt. Takket være deres ekstremt lave masse, små plader af grafen kan bruges på samme måde som en musikers trommeskind. I forsøget videnskabsmænd bruger mikrobølgefrekvenslys til at 'spille' på grafentrommerne, at lytte til dens 'nano-lyd', og at udforske måden grafen i disse trommer bevæger sig på.

Dr. Vibhor Singh og hans kolleger gjorde dette ved at bruge en 2D krystalmembran som et spejl i et 'optomekanisk hulrum'. "I optomekanik bruger du lysets interferensmønster til at detektere små ændringer i et objekts position. I dette eksperiment, vi skød mikrobølgefotoner på en lille grafentromle. Tromlen fungerer som et spejl:ved at se på interferensen fra mikrobølgefotonerne, der preller af tromlen, vi er i stand til at fornemme små ændringer i positionen af ​​grafenarket på kun 17 femtometer, næsten 1/10000 af diameteren af ​​et atom.", Singh forklarer.

Mikrobølge-'lyset' i eksperimentet er ikke kun godt til at registrere tromlens position, men kan også skubbe på tromlen med en kraft. Denne kraft fra lys er ekstremt lille, men den lille masse af grafenpladen og de bittesmå forskydninger, de kan registrere, betyder, at videnskabsmanden kan bruge disse kræfter til at 'slå på tromme':videnskabsmændene kan ryste grafentromlen med lysets momentum. Ved at bruge dette strålingstryk, de lavede en forstærker, hvori mikrobølgesignaler, som dem i din mobiltelefon, forstærkes af tromlens mekaniske bevægelse.

Forskerne viser også, at du kan bruge disse tromler som "hukommelseschips" til mikrobølgefotoner, konvertere fotoner til mekaniske vibrationer og lagre dem i op til 10 millisekunder. Selvom det ikke er længe efter menneskelige standarder, det er lang tid for en computerchip. "Et af projektets langsigtede mål er at udforske 2D krystaltrommer for at studere kvantebevægelser. Hvis du slår en klassisk tromme med en pind, trommeskinnet vil begynde at svinge, ryster op og ned. Med en kvantetromme, imidlertid, du kan ikke kun få trommeskinnet til at bevæge sig op og derefter ned, men også gøre det til en 'kvantesuperposition', hvor tromlehovedet både bevæger sig op og ned på samme tid ", siger forskningsgruppeleder Dr. Gary Steele. "Denne 'mærkelige' kvantebevægelse er ikke kun af videnskabelig relevans, men kunne også have meget praktiske anvendelser i en kvantecomputer som en kvante-'hukommelseschip'".

I en kvantecomputer, det faktum, at kvante-'bits', der kan være både i tilstanden 0 og 1 på samme tid, tillader den potentielt at udføre beregninger meget hurtigere end en klassisk computer som dem, der bruges i dag. Kvantegrafentrommer, der 'ryster op og ned på samme tid', kunne bruges til at gemme kvanteinformation på samme måde som RAM-chips i din computer, giver dig mulighed for at gemme dit kvanteberegningsresultat og hente det på et senere tidspunkt ved at lytte til dets kvantelyd.