Uusi ulottuvuus timantin spin-kubiteille

Polku käytännön kvanttiteknologioiden toteuttamiseen alkaa ymmärtämällä kvanttikäyttäytymistä säätelevää perusfysiikkaa – ja sitä, miten näitä ilmiöitä voidaan hyödyntää todellisissa materiaaleissa.

Materiaalitieteen ja kvanttifysiikan yhtymäkohdassa Kalifornian Santa Barbaran yliopiston Ania Jayich ja hänen tiiminsä tutkivat, miten timantin keinotekoisesti luotuja vikoja – niin kutsuttuja spin-kubitteja – voidaan käyttää kvanttiantureissa.

Aiheesta tohtoriksi väitellyt Lillian Hughes on saavuttanut merkittävän edistysaskeleen tässä pyrkimyksessä.

Kolmessa Jayichin kanssa yhteistyössä kirjoitetun artikkelissa Hughes osoittaa ensimmäistä kertaa, kuinka timantin sisällä voidaan järjestää ja lomittaa paitsi yksittäisiä kubitteja, myös monien virheiden kaksiulotteisia kokonaisuuksia.

Tämä läpimurto mahdollistaa metrologisen kvanttiedun toteuttamisen kiinteässä tilassa, mikä on tärkeä askel kohti seuraavan sukupolven kvanttiteknologioita.

”Voimme luoda timantteihin typpivakanssin keskusspinien konfiguraation, jossa niiden tiheyttä ja ulottuvuutta voidaan hallita siten, että ne ovat tiheästi pakattuja ja syvyysrajoitettuja 2D-kerrokseksi”, Hughes selvittää.

”Aiemmat kiinteän olomuodon järjestelmässä tehdyt kvanttianturikokeet ovat kaikki hyödyntäneet yksittäisiä spinejä tai ei-vuorovaikuttavia spin-kokonaisuuksia”, Jayich sanoi. ”Uutta tässä on se, että koska Lillian pystyi kasvattamaan ja suunnittelemaan näitä erittäin voimakkaasti vuorovaikuttavia tiheitä spin-kokonaisuuksia, voimme itse asiassa hyödyntää kollektiivista käyttäytymistä, mikä tarjoaa ylimääräisen kvanttiedun.

Sen avulla voimme käyttää kvanttilomittumisen ilmiötä parempien signaali-kohinasuhteiden saavuttamiseksi, mikä tarjoaa suuremman herkkyyden ja mahdollistaa paremman mittauksen.”

Aiheesta aiemmin:

Kvanttitason lämpötilamittaukset solujen tasolle

Timanttipuolijohteista löydettiin uusia ominaisuuksia