Forscher erreichen ein abstimmbares kohärentes Populationseinfangsystem in einem Doppelquantenpunktsystem

Ein Forschungsteam hat in einem Halbleiter-Doppelquantenpunktsystem (DQD) ein kohärentes Populations-Trapping (CPT) erreicht.

CPT ist ein wichtiges Phänomen der Quanteninterferenz, das erstmals in einem optischen Experiment in einem dreistufigen Atom beobachtet wurde. In einem solchen Drei-Ebenen-System sind zwei Zustände an einen dritten Zwischenzustand gekoppelt. Wenn Frequenz und Phase des Antriebsfelds richtig abgestimmt sind, bilden die ersten beiden Zustände einen Überlagerungszustand, der vom Zwischenzustand entkoppelt ist. Dieser Überlagerungszustand ist als „Dunkelzustand“ bekannt, da er nicht auf das Sondenfeld reagiert, was zu faszinierenden Phänomenen wie elektromagnetisch induzierter Transparenz führt.

Der dunkle Zustand hat wichtige Anwendungen in der Quanteninformationsverarbeitung, wurde jedoch in DQD-Systemen nicht gut implementiert. Im Gegensatz zum traditionellen dreistufigen Atomsystem können die interne Struktur und Dynamik von DQD eine intrinsische CPT ohne externes Antriebsfeld realisieren, was es zu einer vielversprechenden Plattform für Quantencomputing macht.

Um CPT im DQD-System zu implementieren, nutzte das Team die intrinsischen Eigenschaften der Energieniveaus in Ge- und Si-Systemen. Ohne Antriebsfeld maßen sie den Leckstrom durch den DQD in der Pauli-Spin-Blockade (PSB) und beobachteten einen deutlichen Rückgang des Stroms bei Nullvorspannung, was auf die Bildung dunkler Zustände und das Auftreten von CPT hinweist. Darüber hinaus demonstrierte das Team die Fähigkeit, selektiv einen Dunkelzustand und den damit verbundenen CPT-Prozess zu erzeugen, indem es einen Längsantrieb auf das DQD-System anwendet.

Das Team befasste sich auch eingehend mit dem Ungerade-Gerade-Effekt, der durch ein longitudinales Fahrfeld hervorgerufen wird. Forscher beobachteten, dass, wenn die Antriebsfrequenz bestimmte Bedingungen erfüllt, der Strom eine Verstärkung oder Unterdrückung zeigt, die ungeraden oder geraden Ordnungen von Harmonischen entspricht.

Dieses Phänomen bietet eine neue Perspektive für das Verständnis und die Nutzung von CPT. Darüber hinaus stellte das Team fest, dass die Signalintensität und -breite von CPT effektiv moduliert werden kann, indem das longitudinale Antriebsfeld angepasst wird.

Die Realisierung von CPT im DQD-System zeigt, dass das Halbleiter-Quantenpunktsystem nicht nur eine ideale Plattform zum Verständnis von Quanteninterferenz, sondern auch ein leistungsstarkes Werkzeug für die hochpräzise Quanteninformationsverarbeitung ist. Diese Arbeit zeigt deutlich die potenzielle Abstimmbarkeit des longitudinal angetriebenen DQD-Systems und ebnet den Weg für die praktische Anwendung von Halbleiter-Quantenpunktsystemen im Quantencomputing.

Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Tagebuch Nano-Buchstaben.

Das Team wurde von Guo Guangcan, Prof. Guo Guoping und Prof. Li Haiou von der Universität für Wissenschaft und Technologie Chinas (USTC) geleitet und arbeitete mit dem Forscher Zhang Jianjun vom Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) zusammen.