物理科技生物学-PHYICA

首次对多光子费诺效应的观察可能会推动量子计算的发吉村美硷展

物理学 2022-08-04 23:59:12

萨里大学 无花果

1: Fano及相关流程

《自然通讯》(2021)

DOI: 10

1038/s 14467-020-20534-0 在《自然通讯》发表的第一项此类研究中,由萨里大学领导的国际研究小组在一项实验中证明了传说中的多光子法诺效应的存在

电离是指电子吸收光子以获得足够的能量来逃离原子核的电力

爱因斯坦在他获得诺贝尔奖的光电效应理论中解释说,导致逃逸所需的光子能量存在一个阈值

如果单个光子的能量不够,可能有一个方便的折中办法:两个光子从最低能量状态开始电离

然而,根据量子理论的反直觉世界,这个半程的存在对于一个电子的挣脱并不是必须的

电子所需要做的就是从多个光子中获得足够的能量,这可以通过“幽灵般的”所谓虚拟态来实现

这种多光子吸收只发生在有足够光子可用的极端强烈的条件下

当有一个中途步骤和足够的光子时,两个选项都可以用于电离

然而,原子的波状性质带来了另一个障碍:干扰

改变光子能量会导致两种不同的波相互碰撞,导致它们对吸收事件的影响增强或完全消失

这种法诺效应是近50年前理论上预测的,由于需要高强度,几十年来一直难以捉摸;制造一种稳定的激光器,产生足够大的电场来实现对孤立原子的这种效应,在技术上是不可能的,现在也是不可能的

萨里大学领导的团队通过使用杂质原子克服了这一复杂问题,在杂质原子中,由于半导体主体材料的影响,决定外电子轨道的电场显著减小,因此,证明费诺效应所需的激光强度要小得多

该团队使用普通的计算机芯片,这些芯片含有嵌入硅晶体中的磷原子

该小组随后在荷兰拉德布德大学的自由电子激光设备(FELIX)中使用了强激光束来电离磷原子

电离的结果是通过吸收一束弱光来估计的

通过扫描激光辐射光子的能量,观察到法诺线形的不同偏斜度

医生

合著者之一、萨里大学研究员康斯坦丁·利特维年科说:“我们相信,我们已经朝着实现硅基量子计算机超快读出的新颖和有前途的应用迈出了非常重要的一步;选择性同位素特异性电离;以及各种新的原子和分子物理光谱

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