خلاصه خبر:
محققان با استفاده از مراکز ژرمانیوم تهی‌جا (GeV) در الماس، یک حافظه کوانتومی ایجاد کردند. این نقص‌های GeV پتانسیل را به‌عنوان گره‌های شبکه کوانتومی به دلیل رابط اسپین فوتون کارآمد و زمان‌های همدوسی طولانی نشان می‌دهند. محققان با کار در دماهای بسیار پایین و اجرای تکنیک‌هایی ، به رکورد زمان همدوسی بیش از 20 میلی‌ثانیه دست یافتند. این یافته‌ها پتانسیل نقص‌های GeV را برای سیستم‌های ارتباطی کوانتومی نشان داده و بینش‌هایی را در مورد کاربردهای عملی آنها ارائه می‌دهد. محققان در نظر دارند که GeV ها را در حفره‌های نانوفوتونیکی بگنجانند و به اسپین‌های هسته‌ای اطراف بپردازند تا نرخ فوتون را افزایش دهند و پروتکل‌های تصحیح خطای کوانتومی را پیاده‌سازی کنند. این کار به توسعه فناوری‌های کوانتومی کمک می‌کند و پایه و اساس یک شبکه کوانتومی واقعی را با محوریت نقص‌های گروه IV می‌سازد.
توضیحات تکمیلی:
محققان دانشگاه اولم آلمان در توسعه حافظه کوانتومی با استفاده از مراکز ژرمانیوم تهی جا (GeV) در الماس پیشرفت کردند. مرکز GeV زمان انسجام امیدوارکننده‌ای بیش از 20 میلی‌ثانیه را نشان می‌دهد که آن را به یک نامزد بالقوه برای گره‌های شبکه کوانتومی تبدیل می‌کند.
تمرکز گروه تحقیقاتی بر کاوش در مراکز رنگ الماس برای کاربردهای کوانتومی، به ویژه نقص در عناصر گروه IV مانند Si، Ge، Sn، یا Pb، همراه با جاهای خالی شبکه است. این نقص‌های گروه IV انتشارات قوی‌تری را در خط فونون صفر نشان می‌دهند و پتانسیل ادغام در دستگاه‌های نانوفتونیک را دارند که شبکه‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر کارآمد را بر اساس منابع تک فوتون حالت جامد ممکن می‌سازد.
محققان با غلبه بر چالش‌هایی مانند relaxation و نویز اسپین به واسطه فونون، از یخچال رقیق‌سازی یا همان Dilution Refrigerator برای دماهای بسیار پایین استفاده کردند و تکنیک‌هایی مانند spin-refocusing techniques را برای طولانی‌تر کردن زمان حافظه و بهینه‌سازی ذخیره‌سازی اطلاعات اجرا کردند.
طراحی حافظه کوانتومی بهینه‌شده با استفاده از نقص‌های GeV در الماس، زمان‌های همدوسی را تا ضریب ۴۵ افزایش داد و به رکورد زمان انسجام ۲۰ میلی‌ثانیه رسید. این یافته ها پتانسیل نقص GeV را برای سیستم های مبتنی بر شبکه کوانتومی نشان می دهد و بینش های ارزشمندی را برای کاربردهای عملی در فناوری های کوانتومی ارائه می دهد.
محققان قصد دارند به کاوش در نقص‌های الماس GeV به عنوان گره‌های شبکه کوانتومی ادامه دهند و هدفشان ایجاد تنظیمات آزمایشی برای یک شبکه کوانتومی واقعی باشد. گام‌های بعدی شامل گنجاندن GeVها در حفره‌های نانوفوتونیکی و پرداختن به اسپین‌های هسته‌ای اطراف برای افزایش نرخ فوتون و پیاده‌سازی پروتکل‌های تصحیح خطای کوانتومی، و پیشرفت به سمت محاسبات کوانتومی مقاوم به خطا است.
منبع
Katharina Senkalla et al, Germanium Vacancy in Diamond Quantum Memory Exceeding 20 ms, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.026901. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2308.09666
