Около двух лет назад исследователи из американского Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) обнаружили, что графен, растянутый на специальном основании как кожа на барабане, демонстрирует некоторые уникальные электромеханические и квантовые свойства. Продолжая исследования в этом направлении, ученые из Института изучения нанотехнологий (Kavli Institute of Nanoscience) Технического университета Делфта (TU Delft), Голландия, продемонстрировали, что использование таких графеновых "нанобарабанов" позволит реализовать новый вид высокоточных измерений, на основе которого можно будет создавать различные датчики для сверхминиатюрных электронных устройств и использовать эту технологию для создания квантовой памяти для квантовых компьютеров будущего.
Голландские исследователи использовали графеновую мембрану в качестве зеркала наноразмерного оптико-механического устройства. Оптическая впадина этого устройства генерировала поток фотонов излучения микроволновой частоты, который попадал на поверхность графеновой мембраны, выполняя роль палочек, ударяющих по коже барабана.
"В нашем оптико-механическом устройстве мы используем свет с определенными характеристиками для измерения крошечных изменений положения объекта, в роли которого выступает графеновая мембрана" - рассказывает доктор Вибхор Сингх (Dr. Vibhor Singh), - "Во время экспериментов мы воздействовали микроволновыми фотонами на мембрану графенового "нанобарабана", которая действует подобно зеркалу. Фотоны, отраженные от этого зеркала, несут в себе информацию о перемещении мембраны и, измеряя соответствующие параметры этих фотонов, мы может измерить перемещения мембраны, величиной только 17 фемтометров, что эквивалентно 1/10000-й диаметра атома".
Кроме использования графеновой мембраны в качестве датчика перемещения, ученые создали на его основе усилитель, который увеличивает амплитуду микроволновых сигналов и сигналов радиодиапазона, используемого для организации мобильной связи. А на представленном ниже видеоролике можно увидеть строение и принципы работы графенового нанобарабана, который может работать в качестве резонатора, генерирующего собственные или усиливающего сигналы, попадающие на его поверхность. Голландские исследователи считают, что кроме использования графеновой мембраны в качестве датчика или резонатора, это устройство с небольшими модификациями может стать основой ячейки квантовой памяти, которая может стать основой квантовых вычислительных систем будущего.
"Нашей долгосрочной задачей является создание двухмерных кристаллических "нанобарабанов", при помощи которых мы получим возможность изучать и использовать квантовые аспекты механического движения" - рассказывает доктор Гари Стил (Dr. Gary Steele), руководитель исследовательской группы TU Delft, - "Если вы ударите палочкой по коже обычного барабана, то она начнет колебаться, совершая с определенной частотойдвижения вверх и вниз. С квантовым барабаном у нас есть куда большие возможности. Мы можем остановить движение мембраны в любом положении, в том числе и в неопределенном, в положении квантовой суперпозиции, когда мембрана движется одновременно и вверх и вниз. Такое странное положение мембраны еще не имеет четкого математического обоснования, тем не менее, его вполне можно уже использовать на практике в качестве ячейки квантовой памяти".
