Нанозеркала повышают эффективность фотонного интерфейса квантовой памяти

Идея компьютерных систем, базирующихся на управлении атомными спинами, получила очередной импульс к развитию благодаря новому исследованию физиков и инженеров из Массачусетского технологического института (MIT) и Центра функциональных наноматериалов Брукхэвенской национальной лаборатории (BNL) Министерства энергетики США.

Окружив примесные атомы в кристаллах алмаза мельчайшими «зеркалами» они многократно увеличили эффективность, с которой фотоны передают информацию об электронных спиновых состояниях таких атомов.

Подобные спин-фотонные интерфейсы могут найти применение для связывания отдаленных участков квантовой памяти и открывают новые перспективы для квантовых компьютеров и надежной криптографии при передаче данных на большие расстояния.

Оптические полости, сконструированные в BNL, образованы алмазными и воздушными слоями, которые расположены вплотную к азото-замещенной вакансии (NV-центр). На интерфейсах этих слоев происходит переотражение пойманных фотонов. Они циркулируют взад и вперед до 10 тыс. раз, что многократно повышает вероятность взаимодействия с электронами NV-центра, а значит и переноса информации между фотонами и спиновыми состояниями электронов.

Объединенная команда также смогла продемонстрировать период когерентности спина более 200 микросекунд — достаточно хорошая стабильность в контексте скорости вычислительных операций.

«Наше исследование демонстрирует метод увеличения времени хранения для твердотельной квантовой памяти, связанной с фотонами, что будет иметь большое значение при масштабирования такой памяти для применения в функциональных квантовых компьютерных системах и сетях», — заявил Дирк Энглунд (Dirk Englund), возглавлявший работы со стороны MIT, в статье, вышедшей в Nature Communications.