Onderzoekers bereiken afstembare coherente populatievangst in een dubbel quantum dot-systeem

Een onderzoeksteam heeft coherente populatietrapping (CPT) bereikt in een halfgeleider dubbel kwantumdot (DQD) systeem.

CPT is een belangrijk fenomeen van kwantuminterferentie, dat voor het eerst werd waargenomen in een atoom met drie niveaus in een optisch experiment. In zo’n systeem met drie niveaus zijn twee toestanden gekoppeld aan een derde tussentoestand. Wanneer de frequentie en fase van het aandrijfveld goed zijn afgestemd, vormen de eerste twee toestanden een superpositietoestand die zich loskoppelt van de tussenliggende toestand. Deze superpositietoestand staat bekend als de “donkere toestand”, omdat deze niet reageert op het sondeveld, wat aanleiding geeft tot intrigerende verschijnselen zoals elektromagnetisch geïnduceerde transparantie.

De donkere staat heeft belangrijke toepassingen in de verwerking van kwantuminformatie, maar is nog niet goed geïmplementeerd in DQD-systemen. In tegenstelling tot het traditionele atomaire systeem met drie niveaus, kan de interne structuur en dynamiek van DQD intrinsieke CPT realiseren zonder een extern aandrijfveld, waardoor het een veelbelovend platform voor kwantumcomputers wordt.

Om CPT in het DQD-systeem te implementeren, maakte het team gebruik van de intrinsieke eigenschappen van de energieniveaus in Ge- en Si-systemen. Zonder enig aandrijfveld maten ze de lekstroom door de DQD in de Pauli Spin Blockade (PSB) en observeerden ze een significante daling in de stroom bij nulvoorspanning, wat duidde op de vorming van donkere toestanden en het optreden van CPT. Bovendien demonstreerde het team het vermogen om selectief een donkere toestand en het daarmee samenhangende CPT-proces te creëren door een longitudinale aandrijving op het DQD-systeem toe te passen.

Het team heeft zich ook diep verdiept in het oneven-even effect dat wordt veroorzaakt door een longitudinaal rijveld. Onderzoekers hebben waargenomen dat wanneer de aandrijffrequentie aan bepaalde voorwaarden voldoet, de stroom een ​​versterking of onderdrukking vertoont die overeenkomt met oneven of even orden van harmonischen.

Dit fenomeen biedt een nieuw perspectief voor het begrijpen en gebruiken van CPT. Bovendien ontdekte het team dat de signaalintensiteit en breedte van CPT effectief kunnen worden gemoduleerd door het longitudinale aandrijfveld aan te passen.

De realisatie van CPT in het DQD-systeem laat zien dat het halfgeleider-kwantumdot-systeem niet alleen een ideaal platform is voor het begrijpen van kwantuminterferentie, maar ook een krachtig hulpmiddel voor uiterst nauwkeurige kwantuminformatieverwerking. Dit werk demonstreert duidelijk de potentiële afstembaarheid van het longitudinaal aangestuurde DQD-systeem, wat de weg vrijmaakt voor praktische toepassing van halfgeleider-kwantumdot-systemen in kwantumcomputers.

De bevindingen zijn gepubliceerd in het journaal Nano-brieven.

Het team werd geleid door Guo Guangcan, prof. Guo Guoping en prof. Li Haiou van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC), in samenwerking met onderzoeker Zhang Jianjun van het Instituut voor Natuurkunde van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS).