План надежного квантового будущего

Утверждение о том, что что-то имеет дефект, обычно предполагает наличие нежелательной особенности. Это не относится к твердотельным системам, таким как полупроводники, лежащие в основе современных классических электронных устройств. Они работают из-за дефектов, внесенных в жестко упорядоченное расположение атомов в кристаллических материалах, таких как кремний. Удивительно, но в квантовом мире дефекты также играют важную роль.


Исследователи Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE), Чикагского университета и научных институтов и университетов Японии, Кореи и Венгрии разработали руководящие принципы, которые станут бесценным ресурсом для открытия новых квантовых систем на основе дефектов. Международная команда опубликовала эти рекомендации в Nature Reviews Материалы.

Такие системы имеют возможные применения в квантовой коммуникации, зондировании и вычислениях и, таким образом, могут иметь преобразующий эффект на общество. Квантовая связь может надежно и безопасно распространять квантовую информацию на большие расстояния, что делает возможным квантовый Интернет. Квантовое зондирование может обеспечить беспрецедентную чувствительность для измерений с биологическим, астрономическим, технологическим и военным интересом. Квантовые вычисления могут надежно моделировать поведение материи вплоть до атомного уровня и, возможно, моделировать и открывать новые лекарства.

Команда разработала свои рекомендации по проектированию на основе обширного обзора огромного объема знаний, полученных за последние несколько десятилетий о спиновых дефектах в твердотельных материалах.

«Дефекты, которые нас здесь интересуют, – это отдельные искажения в упорядоченном расположении атомов в кристалле», – пояснил Джозеф Хереманс, ученый из Аргоннского центра молекулярной инженерии и материаловедения, а также из Школы молекулярной инженерии Притцкера Чикагского университета. .

Такие искажения могут включать в себя дыры или вакансии, созданные удалением атомов или примесей, добавленных в качестве примесей. Эти искажения, в свою очередь, могут захватывать электроны внутри кристалла. Эти электроны обладают свойством, называемым спином, которое действует как изолированная квантовая система.

«Спин является ключевым квантовым свойством, спиновые дефекты могут содержать квантовую информацию в форме, которую физики называют квантовыми битами или кубитами, по аналогии с битами информации в классических вычислениях», – добавил Гари Вулфович, научный сотрудник Аргоннского центра молекулярной инженерии. и Отделение материаловедения, а также Школа молекулярной инженерии Притцкера Чикагского университета.

В течение нескольких десятилетий ученые изучали эти спиновые дефекты, чтобы создать широкий спектр устройств для проверки концепции. Однако предыдущие исследования были сосредоточены только на одном или двух ведущих кубитах-кандидатах.

«В течение многих лет наша область имела довольно узкую направленность», – сказал Кристофер Андерсон, научный сотрудник Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета. «Это было похоже на то, что у нас было всего несколько лошадей в квантовой гонке. Но теперь мы понимаем, что есть много других квантовых лошадей, и что именно нужно искать в этих лошадях».

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments