Pokrok v kvantovej pamäti: Prekonávanie výziev pre kvantové systémy založené na defektoch skupiny IV

Potenciál centier farby diamantov, najmä negatívne nabité defekty diamantu skupiny IV, sa stále viac skúma vo výskume kvantovej technológie. Vedecký tím na Univerzite v Ulme v Nemecku nedávno dosiahol pokrok v tejto oblasti využitím germaniového vakancie (GeV) centra v diamante na vývoj kvantovej pamäte s sľubným časom koherencie viac ako 20 milisekúnd.

Zatiaľ čo centrá dusík-vakancie boli všeobecne skúmané, výskumníci sa zamerali na defekty skupiny IV, ktoré pozostávajú z prvku z IV stĺpca periodického systému a vakancie v kryštále. Tieto defekty preukázali silnejšie emisie v nultého fonónového pásme a prejavujú inverznú symetriu, čo ich činí vhodnými pre integráciu do nanofotonických zariadení pre efektívne kvantové siete.

Zameranie výskumnej skupiny na Univerzite v Ulme je zamerané na vývoj kvantových uzlov v sieťach s účinnými rozhraniami spin-foton a s rozšírenými dobami pamäte. Prekonanie výziev súvisiacich s reláciou mediálneho fonónu a šumu spinu je kľúčové pre realizáciu kvantových systémov s použitím defektov diamantu skupiny IV.

Na riešenie týchto výziev výskumníci uplatnili dvojprístupovú stratégiu. Prvým krokom bolo využitie zariadenia s dilučným chladičom, aby sa dosiahli ultra nízke teploty, čím sa minimalizoval nepriaznivý vplyv fonónov na kvantovú informáciu. Po druhé, použili spinové refokalizácie pomocou mikrovlnných impulzov a optimalizovali postupnosti impulzov na oddelenie od šumu spinu a zvládanie zavádzanej tepelnej záťaže. Simulácie Ornstein-Uhlenbeck poskytli informácie o dynamike šumu a umožnili nájsť postupnosti, ktoré dosiahli rovnováhu medzi spinovou refokalizáciou, výpočtovými intervalmi a zvládnutím tepla.

Navrhovaná kvantová pamäť bola testovaná pomocou experimentov a simulácií, ktoré demonštrovali účinnú kontrolu spinu pre GeV pri teplotách miliKelvinov. Komplexná metodológia, ktorú výskumníci predstavili, má potenciál zlepšiť výkon kvantovej pamäte v rôznych experimentálnych podmienkach a pre iné defekty diamantu skupiny IV.

Tento výskum prispieva k rozvoju kvantových sietí, ktoré umožňujú kvantovú komunikáciu na dlhé vzdialenosti a distribuované kvantové výpočty. Vedeckými pokrokmi v oblasti technológií kvantovej pamäte vedci pripravujú pôdu pre praktické aplikácie kvantových systémov v budúcnosti.

Časté otázky:

1. Aké je zameranie výskumu vedeckého tímu na Univerzite v Ulme?
Zameranie výskumu spočíva v rozvoji kvantových uzlov v sieťach s účinnými rozhraniami spin-foton a s rozšírenými dobami pamäte.

2. Aké druhy diamantových defektov skúmajú v tomto výskume?
Výskumníci skúmajú defekty diamantu skupiny IV, konkrétne germaniové vakancie (GeV) centrá v diamante.

3. Akú výhodu majú defekty diamantu skupiny IV?
Defekty skupiny IV preukázali silnejšie emisie v nultého fonónového pásme a prejavujú inverznú symetriu, čo ich činí vhodnými pre integráciu do nanofotonických zariadení pre efektívne kvantové siete.

4. Ako výskumníci riešili výzvy súvisiace s reláciou mediálneho fonónu a šumu spinu?
Použili zariadenie s dilučným chladičom, aby dosiahli ultra nízke teploty a minimalizovali nepriaznivý vplyv fonónov na kvantovú informáciu. Tiež implementovali spinové refokalizácie pomocou mikrovlnných impulzov a optimalizovali postupnosti impulzov na oddelenie od šumu spinu a zvládanie zavádzanej tepelnej záťaže.

5. Aký je potenciál navrhovanej kvantovej pamäte?
Navrhovaná kvantová pamäť demonštrovala účinnú kontrolu spinu pre GeV pri teplotách miliKelvinov a komplexná metodológia zavedená výskumníkmi má potenciál zlepšiť výkon kvantovej pamäte v rôznych experimentálnych podmienkach a pre iné defekty diamantu skupiny IV.

Definície:

Kvantová pamäť: Zariadenie alebo systém, ktorý môže spoľahlivo uchovávať a získavať kvantové stavy alebo informácie.

Čas koherencie: Trvanie, počas ktorého kvantový stav zostáva koherentný alebo stabilný, bez toho aby ho ovplyvňovali vonkajšie faktory, ktoré by mohli spôsobiť stratu jeho kvantových vlastností.

Inverzná symetria: Vlastnosť určitých defektov, ktorá umožňuje manipuláciu s ich emisnými vlastnosťami pre použitie v kvantových technológiách.

Nanofotonické zariadenia: Zariadenia, ktoré manipulujú a riadia svetlo na nanometrovom meradle, často v oblasti kvantových technológií.

Rozhranie spin-foton: Interakcia medzi spinom kvantového systému (vlastnosť súvisiaca s jeho uhlovým momentom) a fotónom (častica svetla), používaná na prenos a manipuláciu informácií.

Relácia mediálneho fonónu: Proces, pri ktorom môžu kvantové stavy stratí koherenciu v dôsledku interakcie s vibráciami (fonónmi) v okolitom prostredí.

Šum spinu: Náhodné fluktuácie vo vlastnostiach spinu kvantového systému, ktoré môžu negatívne ovplyvniť jeho stabilitu a koherenciu.

Súvisiace odkazy:
Univerzita v Ulme
Quantum.gov

The source of the article is from the blog foodnext.nl

Privacy policy
Contact