Связывание атомных спинов (собственных моментов импульса атома) в алмазах с микроволновыми резонаторами может привести к новым квантовым технологиям. Исследователи в Венском техническом университете (Австрия) сумели существенно продлить время, но протяжении которого эти системы могут хранить информацию, сообщает пресс-служба Университета.
Электроника, которую мы используем в наших компьютерах, оперирует лишь двумя различными состояниями: ноль или единица. Квантовые системы, напротив, могут быть одновременно в различных состояниях. Это явление может быть использовано для того, чтобы создать сверхбыстрые квантовые компьютеры. Правда есть несколько технологических препятствий, которые для этого предстоит обойти. Наибольшая проблема заключается в том, что квантовые состояния быстро разрушаются из-за взаимодействий с окружающей средой. В Вене ученые добились успеха в использовании защитного эффекта для повышения стабильности квантовых систем.
«Мы используем гибридную систему из двух совершенно различных квантовых технологий», — рассказал Йоханес Майер (Johannes Majer). Вместе со своей командой, он связал микроволны и атомы, исследуя новый тип квантовой памяти. А теоретики Дмитрий Краймер (Dmitry Krimer) и Стефан Роттер (Stefan Rotter) разработали теоретическую модель, описывающую комплексную динамику в таких гибридных квантовых системах.
В микроволновом резонаторе создаются фотоны. Они взаимодействуют со спинами атомов азота, которые включены в алмаз. Микроволновый резонатор может быть использован, чтобы быстро передать квантовую информацию. Атомные спины в алмазе могут хранить ее, по меньшей мере, на протяжении нескольких сотен наносекунд, что довольно долго по сравнению с временным масштабом, на котором фотоны перемещаются в микроволновом резонаторе.
«Все атомы азота абсолютно идентичны. Но в разном окружении у них немного отличаются частоты перехода, — объяснил Стефан Путц (Stefan Putz), — атомные спины ведут себя как в комнате, полной маятниковых часов. Изначально они могут колебаться синхронно, но так как они просто не могут быть в точности идентичны, в конечном счете, они теряют свой ритм, создавая случайный шум».
«Создавая сильное связывание между атомными спинами и резонатором, возможно многократно увеличить время, на протяжении которого спины осцилируют с четкой периодичностью, если их энергетические уровни подчиняются правильному распределению», — пояснил Дмитрий Краймер. Атомные спины не взаимодействуют друг с другом непосредственно, но уже тот факт, что они коллективно связаны с микроволновым резонатором, предотвращает их от перехода в состояние, в котором они не могут больше использоваться для обработки квантовой информации. Этот защитный эффект заметно увеличивает время, на протяжении которого квантовая информация может быть прочитана из атомных спинов. А это приближает нас к моменту появления квантовых компьютеров.
Фото: Йорг Шмидмайер/ Институт атомной и субатомной физики
TU Wien
