การศึกษากระบวนการที่เร็วมากอาจเข้าถึงได้อย่างกว้างขวางมากขึ้น ขอบคุณนักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Central Florida (UCF) ในสหรัฐอเมริกา ซึ่งได้แสดงให้เห็นว่าเลเซอร์ระดับอุตสาหกรรมที่มีจำหน่ายในท้องตลาดสามารถสร้างพัลส์ของแสงในวินาทีที่สองได้ จนถึงขณะนี้ พัลส์ดังกล่าวสามารถสร้างขึ้นได้ในห้องปฏิบัติการขนาดใหญ่ที่มีระบบเลเซอร์ที่ซับซ้อนเท่านั้น
นักวิจัยทำการวัดสเกล attosecond โดยส่งพัลส์แสง
attosecond ผ่านวัสดุ เมื่อพัลส์นี้ทำปฏิกิริยากับอิเล็กตรอนภายในวัสดุ ชีพจรจะบิดเบี้ยว โดยการตรวจสอบการบิดเบือนเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างแผนที่ 3 มิติของอิเล็กตรอนและสร้างภาพยนตร์เกี่ยวกับการเคลื่อนไหวของพวกมัน ตัวอย่างเช่น แบบจำลองไฮโดรเจนแบบคลาสสิกของบอร์บ่งชี้ว่าอิเล็กตรอนใช้เวลาประมาณ 150 แอตโตวินาที (10 -18วินาที) เพื่อโคจรรอบนิวเคลียสของไฮโดรเจน การวัดด้วยความแม่นยำ attosecond ทำให้นักวิจัยสามารถศึกษาการเคลื่อนไหวในระดับอะตอม ซึ่งมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์พื้นฐาน เช่น ปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสงและสสาร
อย่างไรก็ตาม การวัดดังกล่าวสามารถทำได้เฉพาะในโรงงานเลเซอร์ระดับโลกเท่านั้น ในขณะที่ UCF เป็นที่ตั้งของสิ่งอำนวยความสะดวกดังกล่าว และอีกโหลหรือมากกว่านั้นมีอยู่ทั่วโลก หัวหน้าทีมMichael Chiniอธิบายว่าไม่มีสถานที่ใดที่ดำเนินการในฐานะสิ่งอำนวยความสะดวกสำหรับผู้ใช้จริง ๆ นั่นคือสถาบันที่อนุญาตให้นักวิทยาศาสตร์จากสาขาอื่นเข้ามาในช่วงเวลาสั้น ๆ และใช้งานได้ อุปกรณ์สำหรับการวิจัย การขาดการเข้าถึงนี้สร้างอุปสรรคให้กับนักเคมี นักชีววิทยา นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุ และคนอื่นๆ ที่อาจได้ประโยชน์จากการใช้เทคนิควิทยาศาสตร์แบบ attosecond กับงานของพวกเขา เขากล่าว
รับพัลส์ไม่กี่รอบจากเลเซอร์ระดับอุตสาหกรรมพัลส์แสงที่สั้นมากที่ใช้ในการทดลองในระดับ attosecond ประกอบด้วยวัฏจักรการแกว่งเดียวของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า วัฏจักรดังกล่าวมักเกิดขึ้นจากการแพร่กระจายคลื่นเลเซอร์เฟมโตวินาที ผ่านหลอดที่เต็มไปด้วยก๊าซมีตระกูล เช่น อาร์กอนหรือนีออน อันตรกิริยาระหว่างพัลส์ของแสงและก๊าซจะขยายสเปกตรัมของพวกมัน ทำให้สามารถบีบอัดพวกมันเพิ่มเติมได้ทันเวลา
Chini และคณะได้พัฒนาวิธีการรับพัลส์ไม่กี่รอบ
จากเลเซอร์ระดับอุตสาหกรรม ซึ่งก่อนหน้านี้สามารถผลิตได้เฉพาะพัลส์ที่มีระยะเวลานานกว่ามากเท่านั้น พวกเขาประสบความสำเร็จโดยการบีบอัดพัลส์ประมาณ 100 รอบในหลอดที่มีก๊าซโมเลกุลแทนที่จะเป็นก๊าซมีตระกูลและเปลี่ยนความยาวของพัลส์ที่ส่งผ่านหลอด ขั้นตอนนี้ทำให้สามารถบีบอัดพัลส์ได้ 45 เท่า โดยบีบให้เหลือเพียง 1.6 รอบการสั่น ณ จุดนั้น Chini กล่าวว่าพวกเขาแสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถใช้พัลส์ที่ถูกบีบอัดเหล่านี้เพื่อผลิตพัลส์ attosecond ได้โดยการสร้าง supercontinuum ของรังสีอัลตราไวโอเลตที่รุนแรงมาก ซึ่งเป็นสิ่งที่เขาอธิบายว่าเป็น “จุดเด่นของการสร้างพัลส์ attosecond”
การเลือกระยะเวลาของก๊าซและชีพจรเป็นสิ่งสำคัญ
ผู้เขียนนำการศึกษาJohn Beetarตั้งข้อสังเกตว่าระยะเวลาของพัลส์เลเซอร์เริ่มต้นเป็นกุญแจสำคัญ การเติมก๊าซโมเลกุลลงในท่อ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งก๊าซของโมเลกุลเชิงเส้น เช่น ไนตรัสออกไซด์ที่ใช้ในงานนี้ ช่วยเพิ่มผลการอัด เนื่องจากโมเลกุลมีแนวโน้มที่จะหมุนไปในแนวเดียวกับสนามเลเซอร์ อย่างไรก็ตาม การเพิ่มประสิทธิภาพที่เหนี่ยวนำให้เกิดการจัดตำแหน่งนี้จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อพัลส์ยาวพอที่จะทำให้โมเลกุลเรียงตัวแบบหมุนได้ การเลือกก๊าซก็มีความสำคัญเช่นกัน เนื่องจากเวลาการจัดตำแหน่งการหมุนขึ้นอยู่กับความเฉื่อยของโมเลกุล เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุด นักวิจัยตั้งเป้าที่จะทำให้ความเฉื่อยนี้สอดคล้องกับระยะเวลาของพัลส์แสง
เลเซอร์อุตสาหกรรมสร้างพัลส์แสง attosecondนักวิจัยของ UCF ซึ่งรายงานงานของพวกเขาในScience Advancesกล่าวว่าพัลส์แบบรอบเดียวนั้นอยู่ใกล้แค่เอื้อมโดยใช้เทคนิคของพวกเขา ด้วยการปรับแต่งเพิ่มเติม Beetar เสริมว่าการลดความซับซ้อนที่เกี่ยวข้องกับเลเซอร์เชิงพาณิชย์และระดับอุตสาหกรรมควรทำให้วิทยาศาสตร์ attosecond เข้าถึงได้ง่ายขึ้นและ
สามารถเปิดใช้งานการใช้งานแบบสหวิทยาการได้มากขึ้น
แทนที่จะพยายามขจัดเสียงรบกวนในสภาพแวดล้อมของระบบ หัวหน้าทีมวิจัยKevin Miaoกล่าวว่าเขาและเพื่อนร่วมงาน “หลอก” ระบบให้คิดว่าไม่มีเสียงรบกวน พวกเขาประสบความสำเร็จโดยการใช้สนามแม่เหล็กสลับกับความแตกต่างของ 4H-SiC นอกเหนือจากพัลส์แม่เหล็กไฟฟ้า (ในกรณีนี้คือสนามแม่เหล็กสั่นที่ความถี่ไมโครเวฟ) ที่ใช้ในการควบคุมสถานะการหมุนในระบบควอนตัม พัลส์เหล่านี้ทำให้สปินของความแตกแยกผันผวนระหว่างสองสถานะ qubit (ผ่านเรโซแนนซ์การหมุนของอิเล็กตรอน) และจากนั้นการสั่นนี้สามารถใช้เพื่อ “เขียน” ข้อมูลควอนตัมไปยังตัวอย่างได้
ด้วยการปรับสนามแม่เหล็กเพิ่มเติมอย่างแม่นยำ ทีมงานของ Awschalom ได้แสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถหมุนอิเล็กตรอนหมุนวนในระบบได้อย่างรวดเร็ว และปล่อยให้มัน “ปรับแต่ง” เสียงรอบข้างได้ “มันเหมือนกับนั่งอยู่บนม้าหมุนที่มีคนตะโกนอยู่รอบตัวคุณ” Miao อธิบาย “เมื่อรถหยุดนิ่ง คุณจะได้ยินมันอย่างสมบูรณ์ แต่ถ้าคุณหมุนเร็ว เสียงจะเบลอเป็นพื้นหลัง”
เทคนิคใหม่นี้อนุญาตให้นักวิจัยเพิ่มเวลาในการถอดรหัสของระบบเป็น 22 มิลลิวินาที ซึ่งเป็นขนาดสี่คำสั่งที่ยาวกว่าที่มันจะไม่มีการปรับเปลี่ยน และยาวนานกว่าระบบสปินอิเล็กตรอนที่รายงานไว้ก่อนหน้านี้ ทั้งนี้เนื่องจากความเหลื่อมล้ำ 4H-SiC ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับนั้นสามารถ “ละเลย” ความผันผวนของอุณหภูมิบางรูปแบบ การสั่นสะเทือนทางกายภาพ และสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าเกือบทั้งหมดได้ ซึ่งทั้งหมดนี้ล้วนเป็นความหายนะของการเชื่อมโยงกันของควอนตัม
ตาม Awschalom วิธีการนี้สร้างเส้นทางในการขยายจำนวน qubits ในตัวประมวลผลควอนตัม “มันควรทำให้การจัดเก็บข้อมูลควอนตัมในการหมุนของอิเล็กตรอนทำได้จริง” เขาอธิบาย “การขยายเวลาการจัดเก็บจะช่วยให้การทำงานที่ซับซ้อนมากขึ้นในคอมพิวเตอร์ควอนตัมและช่วยให้ข้อมูลควอนตัมที่ส่งจากอุปกรณ์ที่ใช้สปินสามารถเดินทางในเครือข่ายได้ไกลขึ้น”
ไฟ LED ซิลิคอนคาร์ไบด์ทำให้แหล่งกำเนิดโฟตอนเดี่ยวสว่าง นักวิจัยกล่าวว่าแนวทางของพวกเขาสามารถทดสอบได้ในระบบควอนตัมนอกเหนือจากการแยกตัวของ 4H-SiC เช่นควอนตัมบิตตัวนำยิ่งยวดและโครงสร้างควอนตัมโมเลกุล
