После алмазов ученые создают кубитные центры в драгоценном камне шпинели:
Вы, возможно, слышали об алмазных кубитах, но алмазы — не единственные драгоценные камни, которые можно использовать для хранения квантовой информации. Новое исследование показывает, что шпинель, яркий и редкий драгоценный камень, также можно использовать в качестве системы кубитов.
Шпинели — это прозрачные драгоценные камни, которые бывают красного, синего, черного, лавандового, белого, желтого и других цветов. Они считаются более редкими, чем алмазы, но когда дело доходит до цены, эти драгоценные камни, как правило, более доступны.
До сих пор шпинели были известны только своей эстетической ценностью, но новое исследование подчеркивает их потенциал в развитии квантовых технологий.
«Используя уникальные свойства шпинели, мы не только углубляем наше понимание систем кубитов, но и расширяем инструментарий для квантовых технологий способами, которые ранее были немыслимы», — сказал Дэвид Авшалом, один из авторов исследования и профессор Чикагского университета.
Превращение шпинели в твердотельную систему спиновых кубитов
При внедрении в драгоценный камень определенных атомных дефектов создаются вакансионные центры с уникальными свойствами, которые позволяют им действовать как кубиты.
Например, когда атом азота заменяет атом углерода в алмазе и соединяется с близлежащим отсутствующим атомом углерода (вакансией), он образует центр азотной вакансии (NV). Этот центр NV можно контролировать с помощью лазеров и магнитных полей, что позволяет ему функционировать как кубит.
Центры NV в алмазе функционируют как твердотельная система спиновых кубитов — крошечное квантовое устройство, в котором информация хранится в спине электрона или атомного ядра внутри твердого материала.
Экспериментируя со шпинелью, авторы исследования следовали схожему подходу. Они исследовали, как церий (Ce), имплантированный в два материала — MgO и MgAl₂O₄ (шпинель), может работать как кубиты. Они обнаружили, что Ce в шпинели (MgAl₂O₄) излучает в 10 раз больше света, чем в MgO, что облегчает его обнаружение.
Они также заметили, что излучение света от центров Ce в шпинели слегка изменяется под воздействием магнитного поля даже при очень низких температурах (всего четыре градуса Кельвина), что позволяет предположить, что эти центры могут функционировать как кубиты, а их спин можно контролировать с помощью магнитного поля.
Отсутствует одна кубитная функция
Атомный дефект работает как идеальный кубит, когда ученые могут инициализировать, манипулировать и считывать состояние кубита. Когда дело доходит до центров Ce в шпинели, авторы исследования могут настроить кубит и считывать его состояние, но по-прежнему не могут им манипулировать.
Поэтому необходимы дальнейшие исследования для достижения полного контроля над центрами Ce. Как только ученые поймут, как манипулировать шпинельными кубитами, эти драгоценные камни можно будет использовать для различных приложений квантовых вычислений.
Здесь важно отметить, что существует не одна, а множество причин, по которым ученые стремятся использовать драгоценные камни, такие как алмазы и шпинели, для хранения квантовой информации.
Например, помимо того, что атомные дефекты работают как идеальная установка для управления спином электрона, прозрачная структура драгоценных камней предоставляет ученым уникальную возможность манипулировать спином, не нарушая стабильности кубита.
«Представьте себе, что это снежный шар: стекло снежного шара защищает объекты от внешних воздействий, но мы все равно можем манипулировать им, если его встряхнем», — сказал Манато Кавахара, ведущий исследователь и аспирант Университета Тохоку.
Более того, прочная кристаллическая грань драгоценных камней делает их идеальной средой для защиты квантовой информации от внешних условий.
Исследование опубликовано в журнале Applied Physics Express.
Читайте нашу главную страницу — Взгляд в будущее, Инновации, Технологии, Наука, Новые открытия, Изобретения