Ускоряющие квантовые технологии с обработкой материалов на атомном уровне

  «Квантовые технологии» используют уникальные явления квантовой суперпозиции и запутывания для кодирования и обработки информации, что потенциально может принести огромную пользу широкому спектру информационных технологий от коммуникаций до зондирования и вычислений.

  Однако новости в разработке этих технологий состоит в том, что квантовые явления очень хрупки, и только несколько физических систем были идентифицированы, в которых они выживают достаточно долго и достаточно управляемы, чтобы быть полезными. Атомные дефекты в таких материалах, как алмаз, являются одной из таких систем, но отсутствие технологий изготовления и конструирования кристаллических дефектов на атомном уровне ограничило прогресс до настоящего времени.

  Команда ученых демонстрирует, в статье, опубликованной в Optica , успех нового метода для создания особых дефектов в алмазах, известных как азотно-вакансионные (NV) центры окраски. Они содержат примесь азота в алмазной (углеродной) решетке, расположенной рядом с пустым узлом решетки или вакансией. NV-центры создаются путем фокусировки последовательности сверхбыстрых лазерных импульсов в алмаз, первый из которых обладает энергией, достаточно высокой, чтобы генерировать вакансии в центре лазерного фокуса, с последующими импульсами с более низкой энергией, чтобы мобилизовать вакансии до одного из них связывается с примесью азота и образует необходимый комплекс.

  Новое исследование было проведено командой во главе с профессором Джейсоном Смитом в Департаменте материалов Оксфордского университета и доктором Патриком Солтером и профессором Мартином Бутом в Департаменте технических наук Оксфордского университета в сотрудничестве с коллегами из Университета. Уорик. Это произошло в рамках исследовательской программы NQIT, Квантового вычислительного центра технологий британской программы Quantum Technologies, при поддержке DeBeers UK, которая предоставила образец алмаза.

  Новый метод ученых предусматривает использование чувствительного флуоресцентного монитора для обнаружения света, испускаемого из фокальной области, так что процесс может активно контролироваться в ответ на наблюдаемый сигнал. Комбинируя локальное управление и обратную связь, новый метод облегчает производство массивов из одиночных NV-центров с ровно одним цветным центром на каждом объекте — ключевая возможность в создании масштабируемых технологий. Это также позволяет точное позиционирование дефектов, важных для разработки интегрированных устройств. Быстрый одношаговый процесс легко автоматизируется, каждый центр NV занимает всего несколько секунд.

  Профессор Мартин Бут говорит: «Цветовые центры в алмазе предлагают очень интересную платформу для разработки компактных и надежных квантовых технологий, и этот новый процесс является потенциальным изменением игры в разработке необходимых материалов. Еще предстоит проделать большую работу по оптимизации процесса, но, надеюсь, этот шаг поможет ускорить доставку этих технологий ».

  Ученые полагают, что этот метод может в конечном итоге использоваться для изготовления алмазных чипов сантиметрового размера, содержащих 100 000 или более NV-центров, в качестве пути к «святому Граалю» квантовых технологий, универсального отказоустойчивого квантового компьютера.

  Профессор Джейсон Смит говорит: «Сейчас начинают появляться первые квантовые компьютеры, но эти машины, какими бы впечатляющими они ни были, лишь поверхностно показывают, чего можно достичь, а используемые платформы могут быть недостаточно масштабируемыми, чтобы реализовать всю мощь этой квантовой системы». вычисления должны предложить. Центры алмазного цвета могут обеспечить решение этой проблемы путем упаковки больших плотностей кубитов на твердотельную микросхему, которая может быть запутана друг с другом, используя оптические методы, чтобы сформировать сердце квантового компьютера. Возможность записи NV-центров в алмаз с высокой степенью контроля является важным первым шагом к этим и другим устройствам».

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *