Qubit διαμαντιού στο προσκήνιο – Επετεύχθησαν χρόνοι συνοχής πάνω από ένα λεπτό

Στην παγκόσμια κούρσα να κατασκευαστεί ένας κβαντικός υπολογιστής, είναι ακόμη ασαφές τί υλικό θα δώσει το καλύτερο qubit. Οι εταιρείες έχουν στοιχηματίσει σε μια ποικιλία αρχιτεκτονικών που βασίζονται σε δεσμευμένα ιόντα, ουδέτερα άτομα, υπεραγώγιμα κυκλώματα και άλλα. Τώρα, ο Tim Taminiau του Πανεπιστημίου Τεχνολογίας του Delft, στην Ολλανδία, και οι συνεργάτες του έδειξαν ότι μπορούν να χειραγωγήσουν μαγνητικά σπιν στο εσωτερικό διαμαντιού σε έντονες κβαντικές καταστάσεις απαραίτητες για την κβαντική υπολογιστική. Στο πείραμά τους, διεμπλέκουν όλα τα δυνατά ζεύγη ενός συστήματος 10 qubit και παράγουν καταστάσεις στις οποίες επτά διαφορετικά qubit διεμπλέκονται ταυτόχρονα. Δείχνουν επίσης ότι τα μεμονωμένα qubit μπορούν να διατηρούν κβαντική συνοχή για πάνω από 75 s – ένα ρεκόρ για συστήματα στερεάς κατάστασης.

Το σύστημα πολλών qubit της ομάδας βασίζεται σε ένα κενό αζώτου (NV) κέντρο σε διαμάντι – μια πρόσμιξη όμοια με μόριο που συνίσταται από ένα άτομο αζώτου και ένα κενό συνδεδεμένων μαζί στη θέση δυο ατόμων άνθρακα. Το σπιν ηλεκτρονίου του NV-κέντρου αποτελεί το κεντρικό qubit, ενώ τα πυρηνικά σπιν του αζώτου και των γύρω ατόμων άνθρακα σχηματίζουν τα άλλα εννέα qubit. Επειδή το σπιν του ηλεκτρονίου ανταποκρίνεται οπτικά, η κβαντική του κατάσταση μπορεί να προγραμματιστεί και να αναγνωστεί γρήγορα χρησιμοποιώντας ένα λέιζερ. Στη συνέχεια, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το σπιν ηλεκτρονίου του NV-κέντρου ως δίαυλος, προγραμματίζοντάς το πρώτα και στη συνέχεια συζευγνύοντάς το με ένα πυρηνικό σπιν μέσω μιας μαγνητικής αλληλεπίδρασης. Το πυρηνικό σπιν, το οποίο δεν ανταποκρίνεται οπτικά, παρουσιάζει μεγαλύτερους χρόνους συνοχής από ότι το σπιν ηλεκτρονίου – πάνω από 75 s – καθιστώντας το καλύτερα ταιριαστό με την κβαντική μνήμη και επεξεργασία. Οι ερευνητές σχεδιάζουν να μεγαλώσουν το σύστημα αυτό με την ένωση πολλών τμημάτων δέκα-qubit.

Πηγή: American Physical Society

Περισσότερα στη δημοσίευση: A Ten-Qubit Solid-State Spin Register with Quantum Memory up to One Minute. Physical Review X.