Впервые получены левитоны

Французские физики реализовали предсказание Леонида Левитова, которое было сделано 17 лет назад, получив при этом квазичастицу, названную ими «левитон». Хочется верить, что это достижение подтолкнёт вперёд квантовые компьютеры.

Кристиан Глаттли (Christian Glattli) из Исследовательского центра Комиссариата атомной энергии в Салке (Франция) вместе с коллегами сумел поднять единственную заряженную частицу из моря электронов на наноцепи, создав стоячую электронную волну (солитон).

Хотя это и не совсем солитоны, многие их черты у левитонов налицо. (Здесь и ниже иллюстрации SPEC CEA Saclay.)

Физики использовали предсказание, сделанное 17 лет назад теоретиком Леонидом Левитовым из Массачусетского технологического института (США). Группа г-на Левитова показала, что приложение напряжения, варьирующегося со временем, к наноцепи в норме будет возбуждать море электронов в проводах, создавая сложное квантовое состояние. В результате должен возникнуть «выступ» возбуждённых электронов, а также набор дырок, когда отсутствие электрона оставит за собой положительно заряженные в атомной решётке провода.

Если же напряжение со временем будет варьироваться согласно распределению Коши, то есть по единственному симметричному пику, то вместо этого в «электронном море» возбудится лишь один электрон — и не будет никаких дырок.

Коллектив г-на Глаттли использовал именно этот подход для наноцепи из двух электродов, соединённых узким проводящим «мостиком». Все элементы схемы были охлаждены до 35 мК — что должно было исключить ненужные движения со стороны «подопытных» электронов.

Затем на один электрод по описанному методу подавалось напряжение, и на другом всякий раз регистрировался «отклик» — стоячая волна из одного электрона. Эти стоячие волны Кристиан Глаттли и Ко назвали солитонами Левитова — левитонами. В отличие от схем возбуждения электронов на основе квантовых точек, генерация левитонов не требует создания тонких структур методом нанолитографии и легко может быть масштабирована до более крупных систем.

Крохотные волны, которые возбуждает один электрон за раз, могут стать основой для будущих квантовых компьютеров.

Уже сейчас ясно, что генерация левитонов в любой момент сыграет большую роль в фундаментальной науке, но, похоже, не только в ней. Левитоны могут вести себя как переносчики квантовой информации в твердотельных квантовых компьютерах; более того, уже появилась работа, описывающая метод такого применения левитонов.

Всё, что делается сегодня в квантовой оптике при помощи одиночного фотона или их пары (в частности, квантовое запутывание, квантовая телепортация и квантовая криптография), может быть хотя бы испробовано для левитонов. И теоретических причин, которые помешали бы такой их эксплуатации, пока не видно...

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature.

Подготовлено по материалам Nature News.