Ученые смогли записать информацию в кубит звуковыми волнами
Метод, позволяющий контролировать спины центров окраски в карбиде кремния при помощи поверхностных акустических волн, который можно использовать для хранения информации на устройствах квантовой памяти, описали ученые из России и Германии, сообщает 4 декабря научно-популярный портал Naked Science.
В своей статье о проведенном исследовании, опубликованной в журнале Science Advances, ученые из Института Пауля Друде, Берлин, Института физики ионных пучков и материаловедения, Дрезден и Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург сообщают:
«Спин-центры — перспективные кубиты для квантовых технологий. Здесь мы показываем, что акустическая манипуляция спиновых кубитов в их электронном возбужденном состоянии обеспечивает недоступный пока подход для когерентного управления спином».
В качестве квантовых носителей информации — кубитов, исследователи использовали дефекты в структуре карбида кремния (SiC), называемыми центрами окраски, так как они начинают поглощать свет в не характерном для этого материала спектре.
В таких центрах окраски возникают пространственно фиксированные электронные спины. Управляя состоянием спина, можно записывать информацию в виде направления спина. Ранее воздействие осуществлялось с помощью электрического или магнитного поля, или же оптически. В описанном в статье исследовании ученые предложили использовать для такого воздействия поверхностные акустические волны, осуществляя, таким образом, механическое воздействие.
Метод, предложенный исследователями заключается в том, что первоначально резонансные частоты электронного спина подстраиваются под частоту акустической волны магнитным полем, после чего лазер переводит спин в возбужденное состояние из основного, которое отслеживается визуально, благодаря поверхностным акустическим волнам, на поверхности твердого тела создающим рисунок, похожий на морские волны.
При обратном переходе в основное спиновое состояние центр окраски испускает квант света, по которому можно определить возбужденное состояние спина. Таким образом ученые могут контролировать как основное, так и возбужденное состояние спина.
Однако при этом может возникать потеря информации за счет эффекта прецессии — отклонения оси вращения спина от вертикального положения при каждом переходе из основного состояния в возбужденное и обратно, что приводит к тому, что ориентация спина меняется неконтролируемо, а квантовая информация всего за несколько таких переходов теряется.
Исследователи в своем методе показали, как этого эффекта можно избежать: если правильно настроить резонансные частоты центра окраски, при переходе между состояниями прецессионная ориентация сохранится, то есть сохранится и записанная информация.
Метод акустической манипуляции, предложенный в статье, дает новые возможности для обработки квантовой информации в квантовых устройствах, соразмерным по габаритам с современными микрочипами и сделает квантовые технологии дешевле и доступнее.
