Ученые ТНЦ СО РАН разработали алмазный лазер для квантовых технологий
Алмазный лазер на NV-центрах при оптической накачке создали первыми в мире ученые из Института сильноточной электроники (ИСЭ) СО РАН в кооперации с коллегами из ТГУ, ВНИИ автоматики им. Н. Л. Духова и Института геологии и минералогии СО РАН, сообщает пресс-служба Томского научного центра (ТНЦ) СО РАН, сообщает 8 февраля ИА REGNUM.
Новый алмазный лазер может быть использован для создания квантовых сенсоров и компьютеров, для развития квантовых вычислений и коммуникаций.
В искусственном алмазе, который использовался в новом устройстве (натуральные алмазы неприменимы из-за неоднородности структуры), для квантовых технологий важнейшее значение имеют так называемые NV-центры. Это стойкие к лазерному излучению центры окраски, которые создаются в искусственных алмазах в результате радиационно-термической обработки.
NV-центры, поясняет старший научный сотрудник группы углеродной электроники и фотоники ИСЭ СО РАН, доцент кафедры квантовой электроники и фотоники ТГУ Евгений Липатов, представляют собой дефекты структуры в алмазе. Они состоят из одного атома азота (N) и соседнего вакантного, незанятого атомом углерода узла решетки (V). Именно он может стать кубитом — аналогом бита, единицей информации в квантовом компьютере.
Ранее все попытки в мире добиться лазерного излучения от центров окраски в алмазах были безуспешными на протяжении нескольких десятков лет.
Импульсное свечение наносекундной длительности алмазных кристаллов, содержащих до 10 NV-центров и до 300 атомов азота на 1 миллион атомов углерода, наблюдалось в красной области спектра при накачке лазерным излучением в зеленой и оранжевой областях спектра. Энергия лазерного импульса составила до 48 микроджоулей при КПД до 1% (средний КПД работы лазеров различного типа).
В настоящее время проходит процедура патентования изобретения. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
По мнению Евгения Липатова, одной из важнейших задач развития электроники в России — это развитие технологий применения лазерного излучения на центрах окраски в алмазе для создания оптических и квантовых компьютеров.
«Квантовые вычисления имеют вероятностную природу и строятся по принципу многократного повторения одной и той же операции, — пояснил Липатов. — Когда кубиты обладают разной структурой (содержат большое число атомов), это негативно сказывается на реализации квантового алгоритма, так как начинают накапливаться ошибки. Избежать этого можно, в том числе используя кубиты на основе NV-центров, состоящих из одного атома, что исключает возникновение погрешностей».
Ученый уверен, что развитие углеродной электроники и квантовых технологий поможет России выйти на лидирующие позиции в мире и поэтому это направление является одной из приоритетных задач развития науки.
