Κβαντικό υπολογισμό με πλασμόνια από γραφένιο

Βασικές αρχές λειτουργίας της νανοπλασματικής κβαντικής λογικής πύλης μας. μια απλούστερη πύλη τετραγωνικής ρίζας-ανταλλαγής. Δύο φωτόνια αποστέλλονται στις δύο θύρες ενός δορυφόρου 50:50. Αν τα φωτόνια διακρίνονται, οι μισές φορές τα φωτόνια εξέρχονται από διαφορετικές θύρες και επιτυγχάνεται μια πύλη τετραγωνικής ρίζας. Το άλλο ήμισυ των χρόνων τα δύο φωτόνια εξέρχονται από το ίδιο λιμάνι και η πύλη αποτυγχάνει. Εάν τα φωτόνια είναι αδιαίρετα, τσακίζουν και πάντοτε εξέρχονται από το ίδιο λιμάνι, οπότε η πύλη πάντα αποτυγχάνει. β Ηλεκτρονική δομή μπάντα του γραφενίου με μια μη μηδενική Fermi ενέργειας Ε F . Δύο φωτόνια μπορούν να παράγουν μια μεταβατική σύνδεση και να απορροφηθούν, ενώ η απορρόφηση ενός φωτονίου απαγορεύεται για τις ενέργειες φωτονίων κάτω από 2 E F. c Οι συντελεστές μεταξύ του ποσοστού απορρόφησης δύο πλασμονίων, γ (2) (στη συχνότητα συντονισμού πλασμονίου) και του εγγενούς ρυθμού απόσβεσης, γ = 500 fs -1 , για μια σειρά από πλάτη nanoribbon, W και ενέργεια Fermi, E F . Οι μπλε περιοχές είναι περιοχές στις οποίες η απορρόφηση των δύο πλασμονίων είναι δύο έως έξι τάξεις μεγέθους ταχύτερες από την γραμμική απορρόφηση, παρέχοντας μια ισχυρή συνθήκη γ( 2 )» Γ που οδηγεί σε εξαιρετικά υψηλές πιθανότητες επιτυχίας για την 
Επίπεδα με πλασμόνη SWAP 1/2 πύλη αποτελείται από μη γραμμικές nanoribbons γραφηνού. Τα nanoribbons έφερναν μαζί έτσι ώστε οι πλασμονικές τρόποι να ζευγαρώσουν το ένα στο άλλο μέσω μιας αλληλεπίδρασης Coulomb. Για ένα διαχωρισμό d z μεταξύ των ταινιών, ΜΙΑ μήκους ΥΠΑΡΧΕΙ Αλληλεπίδραση ΜΕΤΑ ΤΗΝ οποία Το πλασμονίου ΕΧΕΙ 50-50% πιθανότητα να παραμένει στο ίδιο τρόπο ή έχοντας ανταλλαχθούν σε όλη κορδέλες . Έτσι, όταν ένα μόνο πλασμόνιο εισάγεται σε κάθε λειτουργία, | 1> 1 | 1> 2 , ΤΗΝ Κατάσταση βρίσκουμε εξόδου ΜΕ ΕΝΑ ΕΝΑ πλασμόνιου ΣΕ ΚΑΘΕ Λειτουργία, | 1> 1 | 1> 2 , οπότε η πύλη επιτυγχάνει, ήβ𝐿 = 𝐿S W Α P1 / 2τόσο πλασμόνια σε μία από τις λειτουργίες, | 2> 1 | 0> 2 ή | 0> 1 | 2> 2 , οπότε η πύλη αποτύχει. Όταν ένα διαχωρίσιμο single-qubit είναι είσοδος σε κάθε κατάσταση (| φ >, | ψ >), μία περιπεπλεγμένη κατάσταση δημιουργείται, . Σε περίπτωση απουσίας της μη γραμμικότητας στον κυματοδηγό και υποθέτοντας δυσδιάκριτες plasmons, οι δυνάμεις αποτέλεσμα HOM τα πλασμόνια για έξοδο από την πύλη με τον ίδιο τρόπο εξόδου, πράγμα που σημαίνει ότι η πόρτα δεν είναι πάντα για | 1> 1 | 1> 2||φ ⟩1||ψ⟩2→ 12√( ||φ ⟩1||ψ⟩2+ ||ψ⟩1||φ ⟩2). Ωστόσο, οδηγείται από την επίδραση Zeno, η ισχυρή μη γραμμικότητα των κυματοδηγών graphene μειώνει την πιθανότητα ότι οι δύο πλασμόνια βρίσκονται στο ίδιο nanoribbon και αυξάνει την πιθανότητα επιτυχίας. γ Περιγράφουμε την SWAP 1/2 πύλη ως ένα σύστημα έξι-κατάσταση όπου U είναι η σύζευξη μεταξύ κορδέλες, ενώ γ και γ (2) είναι οι εγγενείς απόσβεση και δύο-πλασμονίων ποσοστά απορρόφησης, 

Απόδοση του γραφενίου με βάση SWAP 1/2 για διαφορετικές nanoribbon πλάτος W και Fermi Ενέργεια Ε F . Εδώ η διαχωρισμός μεταξύ των nanoribbons έχει οριστεί σε d z = 1 nm, και η σε επίπεδο ορμής κατά μήκος της ταινίας να . ΜΙΑ Πιθανότητα εξακολουθούν ΝΑ έχουν ΕΝΑ πλασματικού σε κάθε λειτουργία, όταν ένας πλασμονίου είναι είσοδος σε κάθε λειτουργία μετά τα πλασμόνια εισόδου εξελίσσονται κατά μήκος του μήκους αλληλεπίδραση . Βρίσκουμε μια σειρά (που φαίνεται στην άσπρο) όπου η πιθανότητα επιτυχίας είναι πάνω από 80% για τους λογικούς φυσικούς παραμέτρους. σι𝑘| | |𝑊= 0.4𝐿S W Α P1/2Πιθανότητα εύρεση δύο πλασμονίων σε ένα nanoribbon μετά λαμβάνει χώρα η αλληλεπίδραση μεταξύ των αρχικών πλασμονίων. Αυτή είναι η «πιθανότητα αποτυχίας» της πύλης, καθώς αντιστοιχεί στα γεγονότα που μας βγάλει από τη λογική qubit subspace. Όπως ήταν αναμενόμενο, τα στοιχεία αυτά δείχνουν ότι στην περιοχή όπου P | 11> μεγιστοποιείται η πιθανότητα αποτυχίας είναι σημαντικά καταστέλλεται. γ Πιθανότητα απώλειας δύο αρχικών πλασμονίων μετά εξελίσσονται κατά μήκος μιας απόστασης . δ μήκος Αλληλεπίδραση που απαιτείται για την εκτέλεση της SWAP 1/2 λογικής πύλης. Για την σχεδιάζεται σειρά, διαπιστώνουμε ότι, πάνω απ ' E F𝐿S W Α P1/2𝐿S W Α P1/2 = 0.1 eV, το απαιτούμενο μήκος αλληλεπίδραση είναι πάντα μικρότερο από το μήκος φθορά πλασμονίου (η οποία είναι ≈ 500 nm για μια ζωή 500 fs). ε πιθανότητα επιτυχίας της | 11> κατάσταση εισόδου ως συνάρτηση της διάρκειας ζωής πλασμονίων 1 / γ , μεγιστοποιείται κατά την ίδια W και Ε F φάσμα όπως στο πάνελ α - γ