Алмазный кубит по стабильности многократно превзошёл DRAM

Манипулирование информацией на квантовом уровне открывает много захватывающих возможностей — сверхчувствительные сенсоры, невзламываемые коммуникации и даже квантовые компьютеры. Но на пути к этому имеется серьёзное препятствие: квантовая информация в физических системах имеет свойство исчезать за доли секунды под воздействием окружающей среды.

Время, за которое квантовый бит (кубит) теряет энергию, а в месте с ней и информацию, считается одной из важнейших характеристик квантовой памяти. Поэтому понятен интерес, который вызывала статья в Nature Materials, повествующая о последнем достижении группы из Технического университета Вены (TU Wien). Созданная ими на базе синтетических алмазов физическая система продемонстрировал способность сохранять квантовые данные в течение нескольких часов. Таким образом, она оказалась даже более стабильной, чем оперативная память современных традиционных компьютеров.

«Мы используем мельчайшие алмазы с преднамеренно введёнными небольшими дефектами», — сообщил Йоханнес Майер (Johannes Majer), представляющий в группе Институт атомной и субатомный физики TU Wien. Эти дефекты — азот-замещённые вакансии (NV-центры) — представляют собой точечные нарушения кристаллической структуры алмаза, используемые для хранения битов квантовой информации.

Микроволновой резонатор для записи данных в алмазные кубиты был разработан специалистами TU Wien в 2016 г. В новой работе его использовали, чтобы с высокой точностью экспериментально определить период, за который дефекты алмаза теряют квантовую информацию.

Измерения проводились при температуре всего на 0,02 градуса выше абсолютного нуля, они показали, что в таких условиях алмазы способны удерживать информацию на протяжении многих часов. Рекордный результат — 8 часов — был получен на образце алмаза, изготовленном в Университете Цукуба (Япония), где его несколько месяцев облучали электронами для создания максимального количества NV-центров.

Ответ на вопрос о причине такой феноменальной стабильности дали компьютерные симуляции. «Если в других материалах вибрации решётки могут быстро приводить к потере сохранённой информации, то в алмазе связь квантовых данных с колебаниями решётки крайне слаба и энергия может храниться часами», — так прокомментировал результаты Томас Астнер (Thomas Astner), первый автор публикации.