Atom Mn: wielobit kwantowy Jan Gaj Instytut Fizyki Doświadczalnej
Tomasz Kazimierczuk Mateusz Goryca Piotr Wojnar (IF PAN) Artur Trajnerowicz Andrzej Golnik Piotr Kossacki Jan Gaj Michał Nawrocki
Ostrzeżenia Będą uproszczenia. Wykrycie najbardziej skandalicznego może być nagrodzone. Decyzja należy do większości bez prawa veta wykładowcy. Będą pytania. Odpowiedź, która się najbardziej spodoba, może zostać nagrodzona. Decyzja należy do większości.
Motywacja: informatyka kwantowa Informatyka klasyczna: bit, przyjmuje dwie wartości: 0, 1 Informatyka kwantowa: qubit, występuje w stanach α 0 + β 1 ; α 2 + β 2 = 1 Komputera kwantowego dotychczas nie ma, ale jeśli powstanie, będzie rewolucja
Nagroda Fundacji na rzecz Nauki Polskiej 2008 Został uhonorowany wkład prof. Ryszarda Horodeckiego w stworzenie podstaw teoretycznych informatyki kwantowej, a w szczególności za wypracowanie podstaw praktycznej detekcji kwantowego splątania i odkrycie splątania związanego - "czarnych dziur w kwantowej teorii informacji.
Fundamentalna praca Science Citation Index 12/12/2008 Cited References Separability of mixed states: Necessary and sufficient conditions Horodecki M, Horodecki P, Horodecki R PHYSICS LETTERS A 223 (1-2): 1-8 NOV 25 1996 Document type: Article Language: English Cited References: 22 Times Cited: 849 Abstract: We provide necessary and sufficient conditions for the separability of mixed states. As a result we obtain a simple criterion of the separability for 2 x 2 and 2 x 3 systems. Here, the positivity of the partial transposition of a state is necessary and sufficient for its separability. However, this is not the case in general. Some examples of mixtures which demonstrate the utility of the criterion are considered.
Plan O qubicie O kropce kwantowej i ekscytonach Atom manganu w kropce Wykrywanie stanu (spinowego) manganu Jak sterować spinem manganu?
Jak zbudować qubit? Układ kwantowy o dwóch stanach własnych Dobra pamięć Szybka manipulacja Przykład: spin elektronu w kropce kwantowej Jon Mn: sześć stanów
Co to jest kropka kwantowa? Więzienie dla elektronów (dziur)
Półprzewodnik 1 Półprzewodnik 2 Półprzewodnik 1 T. Kazimierczuk
cqd.eecs.northwestern.edu www.evidenttech.com www.ptb.de www.nccr-nano.org
Jak zrobić kropkę kwantową?
MBE Epitaksja z wiązki molekularnej
Aparatura MBE
Samorosnące kropki kwantowe CdTe/ZnTe Wyhodowane przez Piotra Wojnara (IF PAN)
Jak obejrzeć kropki kwantowe? AFM Atomic Force Microscopy HRTEM High Resolution Transmission Electron Microscopy 2 nm 20 nm S. Kret, P. Dłużewski (IPPT PAN) P. Wojnar (IF PAN)
Jak pobudzić kropkę kwantową do świecenia?
Laser argonowy Pump laser Laser Dye laser barwnikowy T=1.5K Monochromator Spektrometr + CCD camera P1 P2 rozdzielczość przestrzenna 0.5 μm pole magnetyczne do 6T Cryostat Kriostatwith microscope objective T. Kazimierczuk
Jak badać świecenie jednej kropki?
-PL Intensity (arb. units) Mikrofotoluminescencja kropek kwantowych Mikroskop (rozdzielczość <1µm) T = 1.7K P = 700nW single QD emission CX XX CX' X
4000 P L intensity 3500 3000 2500 2000 trion ujemny Xbiekscyton XX trion dodatni X+ ekscyton X biekscyton ujemny XX- 1500 1000 1880 1890 1900 1910 1920 detection energy (mev) 1930 T. Kazimierczuk et al., 2008
Jak rozpoznać stan spinowy ekscytonu w kropce? Po polaryzacji kołowej fotonu σ+ σ-
polarization destroyed conserved reversed Lost (singlet) Jak się to mierzy? T. Kazimierczuk et al., 2008
Cy można przekazać spin z kropki do kropki? σ+ σ+ σ- σ-
Jak zrobić kropkę z jednym atomem Mn? CdTe (2 ml) (Cd,Mn)Te (0.05% Mn) CdTe (2 ml) cap layer (100 nm) (Cd,Zn)Te (0.8μm) CdTe (4μm) substrate (GaAs) Number of Mn ions in a single dot: ~1 Piotr Wojnar
Jak rozpoznać czy w kropce jest atom Mn?
X photoluminescence (arb. u.) XX CX 1.89 1.90 1.91 energy (ev) 1.92 M. Goryca et al., 2008
E = Jσ X S Mn X Mn 5/2 3/2 σ+ 1/2-1/2-3/2-5/2 6 równoodległych stanów Energia przejścia spin manganu L. Besombes et al., PRL 93, 207403 (2004).
Jak rozpoznać stan spinowy atomu manganu w kropce? Dzięki oddziaływaniu ekscyton - mangan
Mn 5/2 3/2 σ+ 1/2-1/2-3/2-5/2 photoluminescence (arb. u.) X 1.906 1.907 1.908 energy (ev) 6 równoodległych stanów Energia przejścia spin manganu 1.909 M. Goryca et al., 2008
Odczytać widmo świecenia ekscytonu exc σ + exc linear 500 0T exc σ 500 X Mn 5/2 3/2 250 σ+ 250 1/2-1/2-3/2 1.876 0 1.874 1.876 0 1.874-5/2 1.876 E = Jσ X S Mn 500 500 5/2 3/2 σ250 250 1/2-1/2-3/2 1.876 0 1.874 1.876 E (ev) 0 1.874-5/2 1.876 M. Goryca et al., 2008
Jak wpływać na stan spinowy atomu manganu w kropce?
Natężenie luminescencji Mn E T. Kazimierczuk
Natężenie luminescencji Mn E T. Kazimierczuk
photoluminescence (arb. u.) B=+4.5T 1.837 1.838 1.839 B=-4.5T Metoda działa, ale... wymaga sporego pola magnetycznego zmiana pola jest bardzo wolna 1.837 1.838 energy (ev) 1.839 M. Goryca et al., 2008
Jak inaczej wpływać na stan spinowy atomu manganu w kropce? Światłem (spolaryzowanym)
Światło kreuje nośniki o zadanym spinie Atom manganu jest Mn w otoczeniu spinowo spolaryzowanym Może się dostosuje? T. Kazimierczuk et al., arxiv:0808.1621v1
Energia pobudzania (mev) Pobudzanie rezonansowe 2157 XX CX X 800 400 2156 2155 1865 1870 1875 0 Energia emisji (mev) M. Goryca et al., arxiv:0811.2898v1
X Mn Jak szybko potrafimy zmieniać stan Mn? Pobudzanie σ+ Pobudzanie π B=1T Pobudzanie σ- 500 500 250 250 500 250 0 1.874 1.876 0 1.874 1.876 0 1.874 1.876 Energia emisji (mev) M. Goryca et al., 2008
Pamięć: setki µs I pobudzanie σ+ σ- σ+ T=1.5K, B=1T 42.9ns 1.0 PL intensity (arb.u.) t Manipulacja: dziesiątki ns 0.5 144ns 367ns 15.8ns exc 30µ w exc 10µ w exc 2.2µ w 0 0 1000 2000 time (ns) 3000 M. Goryca et al., arxiv:0811.2898v1
Emisja światła zdradza obecność ekscytonu w kropce kwantowej Polaryzacja światła świadczy o spinie ekscytonu Wykrywamy kropki z jednym atomem Mn Ustawiamy światłem spin atomu manganu Atom długo pamięta swój stan spinowy
Dziękuję za uwagę Nanoworld 2009, Kraków 9-11 stycznia