Разработана техника точного размещения кубитов в алмазной решетке

NV-центр или азотно-замещенная вакансия в алмазе — это атом азота рядом с незанятым местом (вакансией) в кристаллической решетке, состоящей из атомов углерода.

Одиночный NV-центр может использоваться для измерения температуры, визуализации магнитного или электрического поля. Он также является перспективным кандидатом для реализации квантового эквивалента компьютерного бита, кубита.

Главное препятствие на пути применения NV-центров в квантовой электронике состоит в трудности точного размещения таких точечных дефектов в функциональных зонах устройств. Другая проблема — как увеличить плотность NV-центров без сокращения времени стабильности их спинов.

Ученые из Института молекулярных технологий Чикагского университета разработали новый способ получения NV-центров, позволяющий преодолеть оба затруднения. Статья об этом опубликована в журнале Applied Physics Letters.

Базовая идеям предложенного метода заключается в том, чтобы создавать оба дефекта — азот и вакансию — по-отдельности.

Сначала исследователи выращивали в алмазной пленке очень тонкий слой кристалла, легированного азотом. Снижение скорости роста пленки примерно до 8 нм/ч позволило очень точно локализовать NV-центры по глубине. Затем, пленку закрывали маской с точечными отверстиями и бомбардировали ионами углерода, получая вакансии. Нагревание алмаза делало вакансии мобильными, что позволяло им мигрировать в слой, легированный азотом, и формировать NV-центры.

Используя свою методику группа успешно разместила центры NV в полости, которая соответствует по размерам (примерно 180 нм) многим алмазным наноструктурам, применяемым в сенсорах и экспериментальных устройствах квантовой информатики.

Локализованные центры NV способны удерживать определенный спин в течение более чем 300 мкс. Этот период спиновой когерентности на порядок величины лучше, чем могут обеспечить другие методы объемной локализации, что позволяет детектировать более слабые магнитные сигналы или дольше сохранять квантовую информацию.

В дальнейшем ученые намерены применить новую методику для измерения ядерных спинов атомов водорода — одни из наиболее слабых магнитных сигналов — в биологической молекуле. Это способно пролить новый свет на детали важных биологических процессов, таких как фотосинтез.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI