Физики преодолели барьер в области квантовых манипуляций

Поиск путей управления материей на уровне одиночных атомов и электронов привлекает многих ученых, так как возможность манипулировать одиночными зарядами и спинами может помочь исследователям проникнуть глубже в мистический мир квантовой механики и физики твердого тела. Это может также позволить разрабатывать новые высокочувствительные магнитометры, транзисторы с управляемым одиночным спином для когерентной спинтроники и твердотельные устройства для квантовой обработки данных.

Недавно сотрудничество экспериментаторов из Института Кавли при Университете г. Делфт и теоретиков из Лаборатории Эймса Департамента энергетики США привело к успеху в области управления одиночными спинами.

Исследователи разработали и реализовали специальные способ управления одиночным спином примеси атомного масштаба в алмазе. Эти примеси, называемые центрами вакансий азота (NV centers), привлекают внимание благодаря своим необычным магнитным и оптическим свойствам. Но их неустойчивые квантовые состояния легко разрушаются даже при незначительном взаимодействии с окружающим миром.

Применяя специально разработанную последовательность высокоточных электромагнитных импульсов, ученые смогли сохранить квантовое состояние одиночного спина, как бы изолировав его от взаимодействия с внешней средой. Таким способом они в 25 раз увеличили время жизни квантового состояния при комнатной температуре. Это первая демонстрация универсальной динамической изоляции одиночного спина в твердом теле.

«Неуправляемое взаимодействие спина с внешней средой было основной трудностью в реализации квантовых технологий, - сказал руководитель датской экспериментальной группы проф. Рональд Хансон (Ronald Hanson). – Наши результаты демонстрируют, что эта трудность может быть преодолена».

Кроме важности для фундаментального понимания квантовой механики, достижение исследователей открывает путь к использованию примесных центров в алмазе в качестве высокочувствительных магнитных сенсоров и потенциально в качестве кубитов для квантовой обработки данных.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365