Алмазные кубиты при комнатной температуре
В статье германских и японских ученых сообщается о итогах изучения запутанных состояний трех спиновых кубитов в бриллианте при комнатной температуре [1].
Базой для кубитов есть недостаток типа вакансии, что формирует атом азота, внедренный в кристаллическую решетку бриллианта (рис. 1А). Электронное состояние на вакансии имеет спин S=1, но самое основное, что это состояние весьма медлительно релаксирует.
Время Т1 спонтанного перехода между состояниями поясницы при комнатной температуре образовывает пара миллисекунд, а время фазовой памяти Т2 – около 0.6 мс.
Столь не сильный релаксация обусловлена тем, что состояние находится глубоко в запрещенной территории и локализовано на расстоянии равном постоянной решетки. Это событие ослабляет сотрудничество с фононами – главными виновниками спиновой релаксации. Электронные состояния на небольших центрах и в зоне проводимости кроме того при низких температурах релаксируют в течение микросекунд.
В качестве одного из кубитов в данной работе употребляются два состояния с различной проекцией поясницы ms=0 и ms=-1. В качестве вторых кубитов употребляются состояния поясницы 1/2 двух соседних ядер изотопа 13С. Содержание изотопов 12С и 13С в бриллианте примерно равняется, исходя из этого образование требуемой комбинации (два изотопа 13С вблизи азотной вакансии) очень возможно. Электрон связывается с ядерным поясницей за счет сверхтонкого сотрудничества.
На рис. 1В продемонстрированы разрешенные переходы в совокупности, складывающейся из одного электронного и двух ядерных спинов.
Рис. 1. А) – азотная вакансия в решетке бриллианта; В) – схема переходов в совокупности (светло синий стрелки – с трансформацией состояния электронного поясницы, оранжевые – ядерного поясницы, пунктирная – двух ядерных спинов); С) – ЯМР спектр (красный – измеренный, светло синий – вычисленный).
Указанные переходы возможно индуцировать и детектировать средствами ЯМР спектроскопии (рис. 1С). В следствии удалось создавать и измерять запутанные состояния трех кубитов, и определять времена их декогерентизации, что и представлено в статье [1].
Известный квантовый компьютер Кейна на атомах фосфора в кремнии изначально был рекомендован для работы при сверхнизких температурах. А тут предлагаются квантовые биты, действующий при комнатной температуре. Должна быть какая-то расплата за это достижение.
Она, вправду, имеется, причем, максимально высокая. Из таких кубитов весьма тяжело создать полномасштабный квантовый компьютер. Волновые функции электронов на соседних вакансиях фактически не перекрываются, исходя из этого прямого сотрудничества между ними нет.
Теоретически вакансии смогут взаимодействовать посредством фотонов, но это сотрудничество весьма непросто устроить и еще сложнее им управлять.
Создатель – В. Вьюрков
- 1. P. Neumann et al., Science 320, 1326 (2008)