Дефекты в алмазной струне позволят хранить квантовую информацию

Ученые изобрели способ хранить квантовую информацию с помощью дефектов в тонкой струне из алмаза. Разработка поможет создать более эффективные запоминающие устройства и приблизит ученых к созданию квантового компьютера. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Развитие технологий квантовых коммуникаций требует создавать устройства, которые смогут хранить кубиты – квантовые аналоги бинарных единиц информации — битов. Создание такого устройства осложняется тем, что кубиты крайне чувствительны к окружающей среде – даже малейшая вибрация соседнего атома может нарушить его способность хранить информацию. Поэтому «запоминать» квантовую информацию в течение долгого времени до сих пор не удавалось. Ученые из Гарвардского и Кембриджского университетов изобрели способ, который позволит хранить кубиты дольше.

Исследователи создали алмазные «струны» из кристалла, которые позволили увеличить время хранения квантовой информации до нескольких сотен наносекунд. Авторы исследования предложили использовать в качестве ячеек памяти дефекты атомной решетки в алмазе. Электрон, попадающий в этот дефект, оказывается «в ловушке» и может испускать фотоны красного света, которые можно использовать в качестве переносчика квантовой информации. Однако из-за вибраций соседних атомов электрон быстро «забывает» квантовую информацию и оказывается бесполезным. Чтобы избавиться от этого явления, ученые «вытянули» алмаз в тонкую струну толщиной в один микрон (в сто раз тоньше человеческого волоса).

Сами ученые сравнивают электрон, попавший в ловушку внутри алмаза, со студентом, который пытается подготовиться к экзамену посреди шумной толпы. Чтобы запомнить нужную информацию, ему нужно сосредоточиться, то есть найти способ не реагировать на посторонний шум. Оказывается, в очень тонкой алмазной струне электрон тоже может «сосредоточиться» и не реагировать на низкочастотные колебания соседних атомов. Одновременно с этим ученые могут искусственно создавать колебания атомной решетки алмаза с помощью электродов, подключенных к концам струны, и таким образом управлять состоянием электрона внутри ловушки. Этот процесс, по словам ученых, похож на настройку гитары: подтягивая или ослабляя струну, можно регулировать частоту колебаний в ней.

В дальнейшем ученые надеются повысить возможное время хранения квантовой информации до нескольких миллисекунд. Это позволит квантовому чипу выполнять тысячи операций и приблизит создание квантового компьютера.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.