Учёные научились вырезать квантовые биты в алмазах с помощью лазера

Учёные из Оксфорда, Кембриджа и Манчестера разработали уникальную технологию точного создания квантовых дефектов в алмазах, что открывает новые горизонты для квантовых технологий, сообщает Innovanews. Исследователи впервые смогли не только формировать одиночные квантовые центры в алмазной решётке, но и наблюдать процесс их активации в реальном времени, что является значительным прорывом в области квантовой физики и материаловедения.

В своей работе, опубликованной в журнале Nature Communications, команда учёных применила двухэтапный метод, который позволяет с высокой точностью внедрять атомы олова в синтетический алмаз и активировать их с помощью сверхкоротких лазерных импульсов. Такой подход обеспечивает контроль над положением и свойствами квантовых дефектов, которые способны выступать в роли квантовых битов — фундаментальных единиц информации в квантовых вычислениях и коммуникациях. Как отметил профессор Джейсон Смит из Оксфорда, теперь возможно не только создавать одиночные оловянно-вакансионные центры, но и наблюдать их формирование, что открывает новые возможности для разработки квантовых устройств.

Квантовые дефекты, в частности оловянные центры, функционируют как спин-фотонные интерфейсы, обеспечивая связь между спинами электронов и фотонами. Это позволяет эффективно передавать и хранить квантовую информацию. До сих пор такие дефекты было сложно размещать и активировать поодиночке, что ограничивало их применение в масштабируемых квантовых системах. Новый метод сочетает ионную имплантацию одиночных атомов олова с лазерным отжигом, который активирует дефекты без повреждения кристаллической структуры алмаза. Доктор Андреас Турн из Кембриджа подчеркнул, что этот подход может быть адаптирован и для других материалов, расширяя возможности квантовой инженерии.

Кроме того, исследователи обнаружили новый тип оловянных дефектов, обозначенный как Type II Sn, что позволяет глубже понять их свойства и поведение. Профессор Ричард Карри из Манчестера отметил, что теперь учёные могут создавать квантовые объекты по запросу, что является ключевым для практического использования квантовых технологий в коммерческих целях.

Разработка открывает перспективы для создания квантового интернета — защищённой сети связи, устойчивой к взлому, а также для объединения квантовых компьютеров в распределённые вычислительные системы, способные решать задачи, недоступные классическим машинам. Кроме того, новые сенсоры на основе таких квантовых дефектов могут значительно повысить чувствительность приборов в медицине и геологоразведке.

Ранее создание квантовых дефектов в алмазах происходило почти случайным образом, что ограничивало контроль над их свойствами и масштабируемостью. Новый метод позволяет размещать квантовые биты с точностью, сравнимой с размещением транзисторов в современных микросхемах. Однако в исследовании пока не раскрыт вопрос о времени сохранения когерентности таких дефектов в реальных условиях, что остаётся важным для практического применения.