Дослідники знаходять способи покращити час зберігання квантової інформації в матеріалі, багатому спіном

29 січня 2023 (Новини Nanowerk) Міжнародна група вчених продемонструвала стрибок у збереженні квантової когерентності обертових кубітів квантових точок у рамках глобального поштовху до практичних квантових мереж і квантових комп’ютерів. Ці технології змінять широкий спектр галузей промисловості та дослідницьких зусиль: від безпеки передачі інформації, через пошук матеріалів і хімічних речовин з новими властивостями, до вимірювань фундаментальних фізичних явищ, які вимагають точної синхронізації часу між датчиками. Спін-фотонні інтерфейси є елементарними будівельними блоками для квантових мереж, які дозволяють перетворювати стаціонарну квантову інформацію (таку як квантовий стан іона або твердотільного спінового кубіта) у світло, а саме фотони, які можуть поширюватися на великі відстані. Головне завдання полягає в тому, щоб знайти інтерфейс, який добре зберігає квантову інформацію та ефективно перетворює її на світло. Оптично активні напівпровідникові квантові точки є найефективнішим спін-фотонним інтерфейсом, відомим на сьогоднішній день, але збільшення часу їх зберігання понад кілька мікросекунд спантеличило фізиків, незважаючи на десятирічні дослідницькі зусилля. Тепер дослідники з Кембриджського університету, Університету Лінца та Університету Шеффілда показали, що існує просте матеріальне рішення цієї проблеми, яке покращує зберігання квантової інформації понад сто мікросекунд. Дослідники знаходять способи покращити час зберігання квантової інформації понад сто мікросекунд. (Зображення: Кембриджський університет) Квантові точки являють собою кристалічні структури, що складаються з багатьох тисяч атомів. Кожне з ядер цих атомів має магнітний дипольний момент, який з’єднується з електроном квантової точки і може спричинити втрату квантової інформації, що зберігається в електронному кубіті. Висновок дослідницької групи, повідомлений в Природа нанотехнології («Ідеальне перефокусування оптично активного спінового кубіта за сильних надтонких взаємодій»), полягає в тому, що в пристрої, виготовленому з напівпровідникових матеріалів, які мають однаковий параметр решітки, ядра «відчували» те саме оточення та поводилися в унісон. Як результат, тепер можна відфільтрувати цей ядерний шум і досягти збільшення часу зберігання майже на два порядки. «Це абсолютно новий режим для оптично активних квантових точок, де ми можемо вимкнути взаємодію з ядрами та знову і знову перефокусувати обертання електрона, щоб підтримувати його квантовий стан», — сказала Клер Ле Галл з Кевендішської лабораторії в Кембриджі, яка керувала дослідженням. демонструвати. «У нашій роботі ми продемонстрували сотні мікросекунд, але насправді, зараз ми в цьому режимі, ми знаємо, що набагато більший час когерентності доступний. Для спінів у квантових точках короткий час когерентності був найбільшою перешкодою для додатків, і це відкриття пропонує чітке та просте вирішення цієї проблеми». Вперше досліджуючи шкали часу в сто мікросекунд, дослідники були приємно здивовані, виявивши, що електрон бачить лише шум від ядер на відміну, скажімо, від електричного шуму в пристрої. Це справді чудова позиція, оскільки ядерний ансамбль є ізольованою квантовою системою, а когерентний електрон буде воротами до квантових явищ у великому ядерному спіновому ансамблі. Ще одна річ, яка здивувала дослідників, — це «звук», який було вловлено з ядер. Це було не настільки гармонійно, як передбачалося спочатку, і є місце для подальшого вдосконалення квантової когерентності системи шляхом подальшої матеріальної інженерії. «Коли ми почали працювати з системою матеріалу з узгодженою решіткою, яка використовується в цій роботі, отримати квантові точки з чітко визначеними властивостями та гарною оптичною якістю було непросто», — говорить Армандо Растеллі, співавтор цієї статті в Університеті Лінца. . «Дуже приємно бачити, що початково керована цікавістю лінія досліджень досить «екзотичної» системи та наполегливість досвідчених членів команди Сантану Манни та Саймона Ковре да Сілва привели до пристроїв, на основі цих вражаючих результатів. Тепер ми знаємо, для чого корисні наші наноструктури, і ми в захваті від перспективи подальшої розробки їхніх властивостей разом із нашими співробітниками». «Одна з найбільш захоплюючих речей у цьому дослідженні — приборкання складної квантової системи: сто тисяч ядер, сильно зв’язаних із добре контрольованим спіном електрона», — пояснює аспірант Кавендіша, Леон Запорскі — перший автор статті. «Більшість дослідників підходять до проблеми ізоляції кубіта від шуму, усуваючи всі взаємодії. Їхні кубіти стають трохи схожими на заспокійливих котів Шредінгера, які майже не реагують, коли хтось смикне їх за хвіст. Наш «кіт» приймає сильні стимулятори, що на практиці означає, що ми можемо отримати від нього більше задоволення». «Тепер квантові точки поєднують високу фотонну квантову ефективність із довгим часом когерентності обертання», — пояснює професор Мете Ататюре, співавтор цієї статті.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62260.php