Из «говорящих» квантовых точек можно сделать кубиты
До сих пор смоделировать процессы в квантовых точках было невозможно из-за большого количества атомов в них. Ученые уменьшили размер модельной системы и нашли способ управлять генерацией экситонов в них
Квантовые точки — это крошечные частицы полупроводника, содержащие тысячи атомов. Эти квантовые системы ведут себя подобно атомам — у них есть энергетические уровни, которые могут поглощать и излучать свет на определенных длинах волн. Например, при освещении ультрафиолетовым светом квантовая точка может перейти в возбужденное состояние. Когда она опускается обратно в основное состояние, то может испускать фотон видимого света. Благодаря этому свойству квантовые точки используются в сверхчетких дисплеях.
До сих пор компьютерное моделирование взаимодействий между квантовыми точками было ограничено из-за высокой сложности таких систем. Поскольку в этих процессах участвуют тысячи атомов, каждый из которых содержит множество электронов, процессы образования и рекомбинации экситонов не могут смоделировать даже самые современные суперкомпьютеры.
Авторам нового исследования удалось уменьшить сложность компьютерного описания таких систем — для этого он взяли за основу небольшие квантовые точки размером в сотни атомов, а затем аппроксимировали результаты такого моделирования на более масштабные системы. В своем исследовании трио успешно смоделировало поведение квантовых точек в фемтосекундном масштабе.
Ученые увидели, как пары квантовых точек поглощают и обмениваются фотонами, а также накапливают их энергию. Физики также нашли способ стабилизации экситонов при помощи определенной последовательности импульсов красного и ультрафиолетового света. Первый ультрафиолетовый импульс может создавать экситон в одной квантовой точке, а последующий инфракрасный способен перемещать экситон в соседнюю квантовую точку, где может храниться содержащаяся в ней энергия. Возможность такого управления экситонами пригодится в создании квантовых компьютеров нового поколения.
Статья об открытии опубликована в Journal of Physical Chemistry A.
