Дефекты в карбиде кремния приблизят эру квантовых коммуникаций

В университете Чикаго (штат Иллинойс) международная команда исследователей, возглавляемая профессором Дэвидом Авшаломом (David Awschalom), нашла способ, как адаптировать экзотический квантовый интерфейс между светом и материей в карбиде кремния для работы в диапазоне частот современных телекоммуникаций.

Эта работа, представленная в статье для Physical Review X, открывает перспективы применения квантово-механических принципов к существующим оптоволоконным сетям для реализации безопасных коммуникаций или распределённых квантовых вычислений.

Особенно важно, что данная работа открывает никем ранее не предусмотренную возможность создавать и контролировать квантовые состояния в материалах, уже имеющих технологические приложения. Дефекты (атомные вакансии) в полупроводящем карбиде кремния имеют интригующую особенность: они способны передавать информацию между светом и спином электронов.

Команда Авшалома смогла преобразовать квантовую информацию одиночных спинов электронов в коммерческих пластинах карбида кремния в свет и считывать её с эффективностью приблизительно 95%.

Время жизни спинового состояния (период когерентности) в экспериментах учёных достигало миллисекунды. Для квантовой обработки информации, при которой множество операций выполняется за наносекунду, это достаточно впечатляющий результат.

«Существует много различных форм карбида кремния, и некоторые из них сегодня широко используются в электронике и оптоэлектронике, — отмечает профессор Авшалом. — Квантовые состояния присутствовали во всех изученных нами типах карбида кремния, и это даёт неплохие шансы для внедрения квантовых эффектов как в электронные, так и в оптические технологии».