Создан прообраз считывающей головки квантового компьютера

Азото-замещенная (NV) вакансия — дефект решетки алмаза, в которой один из атомов углерода удаляется, а получившаяся вакансия связывается с азотом — может использоваться при создании ключевых компонентов квантового компьютера.

Команда под руководством профессора Александера Холляйтнера (Alexander Holleitner) из мюнхенского Технологического университета (TU München) и Франка Коппенса (Frank Koppens), профессора физики в Institut de Ciencies Fotoniques возле Барселоны, разработала методологию электронного считывания информации, записываемой в NV-центах оптическим способом. Их решение основано на прямом переносе энергии из NV-центров в наноалмазах в близлежащий слой графена.

Лазерный луч, освещая наноалмаз, переводит электрон в NV из базового в возбужденное состояние. Система из возбужденного электрона и незанятого базового состояния может рассматриваться как диполь. Он, в свою очередь, индуцирует образование еще одного диполя из электрона и вакансии — в соседнем графеновом слое.

В отличие от алмазов, размерами около 100 нм, в которых индивидуальные NV-центры изолированы друг от друга, слой графена проводит электричество. Два золотых электрода позволяют регистрировать индуцированный заряд.

Время жизни пары электрон-вакансия не превышает нескольких миллиардных долей секунды, но разработанная в лаборатории TU München технология обеспечивает измерения в пикосекундном временнóм разрешении, что позволяет детально анализировать такие процессы.

Алмаз имеет порядка 500 точечных дефектов, однако высокая чувствительность метода, по мнению авторов статьи в Nature Nanotechnology, делает его пригодным для измерения даже индивидуальных молекул красителя. Благодаря этому сенсоры на базе новой технологии могут найти применение в наноцепях будущих квантовых компьютеров, работающих на тактовых частотах терагерцевого уровня.