استفاده از امواج مایکروویو برای کنترل موثر کیوبیت های الماس

خلاصه خبر:

محققان مؤسسه فناوری کارلسروهه (KIT) با کنترل دقیق نقص‌های قلع تهی جای (SnV) در الماس‌ها با استفاده از امواج مایکروویو، به پیشرفتی در محاسبات کوانتومی دست یافته‌اند. این مراکز SnV به عنوان کیوبیت عمل میکنند. این تیم با استفاده از موجبرهای ابررسانا هم‌صفحه که از گرمای بیش از حد جلوگیری می کند، زمان همدوسی کیوبیت را به 10 میلی ثانیه افزایش داد - که یک پیشرفت بزرگ است. این امکان کنترل پایدار کیوبیت ها را در دمای نزدیک به صفر فراهم می کند که برای پایداری کوانتومی بسیار مهم است. علاوه بر این، این تحقیق دستکاری اسپین کارآمد و اتصال مراکز SnV به عناصر حافظه کوانتومی مجاور را نشان داد. این پیشرفت ها نشان دهنده گامی مهم به سمت توسعه کامپیوترهای کوانتومی مقیاس پذیر و شبکه های ارتباطی کوانتومی ایمن است.

توضیحات تکمیلی:

محققان موسسه فناوری کارلسروهه (KIT) با نشان دادن کنترل دقیق نقص‌های قلع تهی‌جای (SnV) در الماس‌ها با استفاده از امواج مایکروویو، به پیشرفت قابل توجهی در محاسبات کوانتومی دست یافته‌اند. این اکتشاف که در Physical Review X منتشر شد، اولین مورد برای آلمان است و می تواند توسعه کامپیوترهای کوانتومی با کارایی بالا و ارتباطات کوانتومی ایمن را پیش ببرد.

مراکز SnV، نقص در شبکه های الماس، خواص نوری و مغناطیسی منحصر به فردی از خود نشان می دهند که آنها را برای کیوبیت ها - واحدهای اساسی اطلاعات کوانتومی - ایده آل می کند. تیم KIT به رهبری محققین دکتری، ایوانیس کاراپاتزاکیس و جرمیاس رش، توانستند زمان همدوسی  این کیوبیت ها را به 10 میلی ثانیه افزایش دهند که این پیشرفت شش برابری نسبت به کارهای قبلی است. زمان همدوسی، مدت زمانی که کیوبیت ها می توانند اطلاعات را به طور پایدار ذخیره کنند، برای محاسبات کوانتومی مقیاس پذیر بسیار مهم است.

محققان با استفاده از موجبرهای هم‌صفحه‌ی ابررسانا (superconducting coplanar waveguides) ، از مسائل گرمایش رایج در روش‌های کنترل مایکروویو قبلی اجتناب کردند. این کنترل کارآمد حالات کیوبیت را در دماهای نزدیک به صفر مطلق، که برای حفظ پایداری کیوبیت حیاتی است، فعال کرد. آنها همچنین دستکاری اسپین همدوس را نشان دادند و از جداسازی دینامیکی برای به حداقل رساندن تداخل و افزایش عملکرد کیوبیت استفاده کردند.

علاوه بر این، کار آنها پتانسیل اتصال مراکز SnV به اسپین های نزدیک را کشف کرد و فرصت هایی را برای برنامه های حافظه کوانتومی آینده باز کرد. این یافته‌ها راه را برای شبکه‌های کوانتومی کارآمدتر و ایمن‌تر هموار می‌کند که می‌تواند انتقال و پردازش داده‌ها را با اعمال نفوذ مکانیک کوانتومی متحول کند.

توانایی کنترل دقیق کیوبیت‌های SnV در الماس ممکن است گامی حیاتی در جهت تحقق رایانه‌های کوانتومی عملی و سیستم‌های ارتباطی امن باشد که امکان انتقال حالت کوانتومی مبتنی بر فوتون پایدار را فراهم می‌کند.

منبع

https://phys.org/news/2024-10-quantum-communication-microwaves-efficiently-diamond.html

Ioannis Karapatzakis et al, Microwave Control of the Tin-Vacancy Spin Qubit in Diamond with a Superconducting Waveguide, Physical Review X (2024). DOI: 10.1103/PhysRevX.14.031036