Редкоземельные ионы — кандидаты в квантовую память

Команда из Института Макса Планка (Max Planck Institute for the Science of Light) в Эрлангене (Германия) первой сумела осуществить спектроскопию и микроскопию индивидуальных ионов редкоземельных металлов в кристалле.

Уже давно известно, что ионы редкоземельных элементов (неодим, эрбий и пр.) свободны от недостатков свойственных таким источникам излучения, как квантовые точки или дефекты (цветовые центры) в алмазе: потеря яркости, неконтролируемое мерцание, чувствительность к окружающей среде. Однако, интенсивность испускаемого ими света очень невелика, и это затрудняет детектирование.

Именно поэтому столь важен результат, полученный в Эрлангене после более шести лет интенсивных исследований. Используя новейшее лазерное и микроскопическое оборудование авторы статьи в Nature Communications определили, в пределах нескольких нанометров, положение трехвалентных атомов празеодима (Pr3+) в микро- и нанокристаллах ортосиликата иттрия, и с беспрецедентной точностью измерили оптические свойства этих положительных ионов.

В дополнение к фундаментальному значению этой работы, она может внести важный вклад в создание будущих квантовых компьютеров, так как исследовавшиеся ионы в силу высокой стабильности некоторых своих энергетических состояний наиболее пригодны для хранения и обработки квантовой информации.

В дальнейшем, ученые рассчитывают еще более упростить наблюдение сигналов, испускаемых редкоземельными ионами. Так как индивидуальный ион излучает менее 100 фотонов в секунду, они планируют использовать наноантенны и микрополости для усиления сигналов празеодима в сотни и тысячи раз.