Kandidat memori dengan masa depan yang cerah: Peneliti Max Planck telah membahas ion praseodymium individu dalam kristal ortosilikat yttrium menggunakan teknologi mikroskop dan laser yang cerdas. Ini membuka kemungkinan untuk menyimpan informasi kuantum dalam ion-ion ini, yang memiliki beberapa keunggulan dibandingkan kandidat memori lainnya. Kredit: MPI untuk Ilmu Cahaya
Ilmuwan dari Institut Max Planck telah berhasil melakukan spektroskopi dan mikroskop beresolusi tinggi pada ion tanah jarang individu dalam kristal, membuka pintu ke kemungkinan masa depan untuk menyimpan dan memproses informasi kuantum.
Bahan yang menjanjikan sedang berbaris sebagai kandidat untuk memori kuantum. Sebuah tim di Max Planck Institute for the Science of Light di Erlangen adalah yang pertama berhasil melakukan spektroskopi dan mikroskop beresolusi tinggi pada ion tanah jarang individu dalam kristal. Dengan bantuan teknologi laser dan mikroskop yang cerdik, mereka menentukan posisi atom praseodimium positif bermuatan tiga kali lipat (Pr3+) dalam ortosilikat yttrium hingga beberapa nanometer dan menyelidiki interaksi lemahnya dengan cahaya. Selain dampaknya pada studi fundamental, pekerjaan tersebut dapat memberikan kontribusi penting bagi komputer kuantum di masa depan karena ion yang diselidiki cocok untuk menyimpan dan memproses informasi kuantum.
Di seluruh dunia, banyak peneliti sedang mengerjakan komponen untuk komputer kuantum masa depan, yang akan dapat memproses informasi secara signifikan lebih cepat daripada hari ini. Elemen kunci dari komputer super ini termasuk sistem kuantum dengan sifat optik yang mirip dengan atom. Atom adalah komponen terkecil dari suatu unsur. Itu terdiri dari proton dan neutron di dalam nukleus, dan elektron yang mengelilingi nukleus.
atom. Inilah mengapa banyak peneliti saat ini memusatkan perhatian mereka pada sistem yang berbeda seperti Cacat kristal pemancar cahaya (“pusat warna”) dalam berlian atau titik kuantum semikonduktor. Namun, sejauh ini belum ada solusi ideal. “Beberapa sumber cahaya kehilangan kecerahan atau berkedip dengan cara yang tidak terkendali,” jelas Vahid Sandoghdar , yang mengepalai Departemen Nano-Optik di Max Planck Institute for the Science of Light di Erlangen. “Yang lain sangat dipengaruhi oleh lingkungan tempat mereka tertanam.”
Peneliti mengamati sinyal ion individu
Telah lama diketahui bahwa ion tanah jarang seperti neodymium atau erbium tidak mengalami masalah ini – yang juga menjadi alasan mengapa mereka memainkan peran penting dalam laser atau penguat laser. Namun, mereka hanya memancarkan lemah, dan karena itu sulit dideteksi. Inilah yang berhasil dilakukan oleh Tobias Utikal, Emanuel Eichhammer dan Stephan Götzinger dari Sandoghdar’s Group di Erlangen: setelah lebih dari enam tahun penelitian intensif, mereka mampu mendeteksi ion praseodymium individu, menunjukkannya dengan nilai yang benar.
akurasi beberapa nanometer, dan mengukur sifat optiknya dengan akurasi yang belum pernah dicapai sebelumnya .
Muatan tiga kali lipat, ion positif tertanam dalam mikrokristal kecil dan nanokristal yttrium orthosilicate (YSO). Energi mereka hanya bervariasi sedikit tergantung pada posisinya di dalam kristal. Dengan kata lain, mereka bereaksi terhadap frekuensi yang sedikit berbeda. Para ilmuwan menggunakan ini untuk menggairahkan ion individu dalam kristal dengan laser dan mengamati bagaimana mereka memancarkan energi setelah beberapa waktu dalam bentuk cahaya. “Karena ion tanah jarang tidak terlalu terpengaruh oleh osilasi termal dan akustik kristal, beberapa keadaan energinya sangat stabil,” kata Sandoghdar. “Dibutuhkan lebih dari satu menit sebelum mereka melakukan transisi ke keadaan dasar lagi – jutaan kali lebih lama daripada sebagian besar sistem kuantum lain yang telah diselidiki sejauh ini.”
Tujuannya adalah agar sinyal ion menjadi lebih mudah diamati di masa mendatang. Karena ion individu merespons dengan kurang dari 100 foton per detik saat ini, para ilmuwan yang berbasis di Erlangen ingin menggunakan antena nano dan rongga mikro untuk memperkuat sinyal praseodymium sebanyak seratus atau seribu kali.
Publikasi : T. Utikal, et al., “Deteksi spektroskopi dan persiapan keadaan ion praseodymium tunggal dalam kristal,” <em>Nature Communications</em> adalah peer-review, open-access, jurnal ilmiah multidisiplin yang diterbitkan oleh Nature Portfolio. Ini mencakup ilmu-ilmu alam, termasuk fisika, biologi, kimia, kedokteran, dan ilmu bumi. Itu mulai diterbitkan pada tahun 2010 dan memiliki kantor editorial di London, Berlin, Kota New York, dan Shanghai.
Nature Communications 5, Nomor artikel: 3627; doi:10.1038/ncomms4627
PDF Salinan Kajian : Deteksi, spektroskopi, dan preparasi keadaan ion praseodimium tunggal dalam kristal
Gambar: MPI untuk Ilmu Cahaya
