Dijamantska kvantna memorija sa germanijumskom vakancijom premašuje vreme koherencije od 20ms

Neka istraživanja se naročito odnose na upotrebu dijamantskih defekata grupe IV sa negativnim naponom, koji ispoljavaju efikasan spin-foton sklop, kao čvorovi kvantnih mreža.

Istraživači sa Univerziteta u Ulmu u Nemačkoj nedavno su iskoristili centar germanijumske vakancije (GeV) u dijamantu radi realizacije kvantne memorije, koja je ispoljavala obećavajuće vreme koherencije duže od 20ms, piše Phys.org.

Preporučujemo

Najpopularniji defekt dijamanta je dosad bio centar azotne vakancije. Međutim, istraživanje se takođe okrenulo drugim centrima boje. Oni se sastoje od elementa iz IV grupe periodnog sistema – silicijum, germanijum, kalaj i olovo – i vakancije u rešetki (nedostajućeg susednog atoma ugljenika).

Centri boje grupe IV ispoljavaju mnogo snažnije emisije na nula-fonon liniji nego ranije upotrebljivani centri azotne vakancije. Osim toga, simetrija inverzije ovih centara čini ih pogodnim za integraciju u nanofotonske uređaje – važan korak za efikasnu podesivu kvantnu mrežu na bazi čvrstih izvora pojedinačnih fotona.

Cilj naučnika je doprinos razvoju kvantnih mreža koje olakšavaju kvantnu komunikaciju na velikoj distanci i umreženo kvantno računarstvo. Na polju kvantne umreženosti, bitan momenat je čvor kvantne mreže, koji zahteva efikasan spin-foton interfejs i produžena memorijska vremena.

Istraživači sa Univerziteta u Ulmu ispituju potencijal defekata grupe IV kao kandidata za čvorove kvantne mreže, sa fokusom na GeV centar. Ovi defekti imaju inherentnu efikasnost spin-foton interfejsa sa visokokoherentnim fluksom fotona, koji je bitan za efikasnu kvantnu komunikaciju na velikim distancama.

Međutim, defekti grupe IV mogu se lako udružiti sa fononima, što može uništiti kvantne informacije.

Radi prevazilaženja ove prepreke upotrebljen je uređaj koji može obezbediti temperature u opsegu od nekoliko stotina milikelvina.

Na tako niskom temperaturnom opsegu, šum spina predstavlja glavni faktor inkoherencije. Radi produženja memorijskih vremena i zaštite kvantnih informacija, primenjeno je refokusiranje spina putem mikrotalasnih pulseva i u strateški izabranim vremenskim intervalima u kojima se kompjuterske operacije mogu izvesti.

Takođe je potrebno voditi računa o toplotnom opterećenju koje izaziva svaki kontrolni puls. Rashladni uređaj ima ograničen kapacitet i njegovo prekoračenje bi moglo povećati temperaturu i tako omogućiti stvaranje fonona, što bi moglo dovesti do inkoherencije.

Razvijanje optimizovanog niza pulseva uključivalo je primenu Ornstajn-Ulenbekovog procesa, tehnike za modeliranje šuma.

„Izveli smo prvu uspešnu demonstraciju efikasne kontrole spina za GeV na milikelvinskim temperaturama“, kažu naučnici.

Šema u osnovi predložene kvantne memorije relativno je jednostavna i mogla bi se replikovati i za druge defekte grupe IV pored GeV. Ova šema produžuje vremena koherencije memorija baziranih na GeV do rekordnih 20 milisekundi.

U budućim studijama, istraživači nameravaju da inkorporiraju GeV u nanofotonske šupljine, takođe ispitujući okolne nuklearne spinove.

Prvi korak unapređuje fotonsku stopu i tako stopu sprezanja, što omogućava implementaciju protokola za kvantnu ispravku grešaka kao bitan korak u pravcu kvantnog računarstva otpornog na greške.

(Telegraf Nauka/Phys.org)