Piistä tunnistettu uusi vankka televiestintäkubitti

Kvanttitietotekniikan lupausten kääntäminen käytännön laitteiksi edellyttää fyysisiä järjestelmiä, joilla on toivotut kvanttiominaisuudet ja jotka voidaan helposti valmistaa.

Pii on erittäin houkutteleva alusta, koska se hyödyntää jo rakennetun puolijohdeteollisuuden vahvuuksia. Kvanttirakenteiden – kubittien – tunnistaminen piistä on siksi tärkeä tieteen eturintamassa oleva tutkimusalue.

Uudessa tutkimuksessa UC Santa Barbaran materiaalitieteen professori Chris Van de Wallen laskennallisten materiaalien ryhmän tutkijat tunnistivat piistä uuden vankan kubitin, jota kutsutaan CN-keskukseksi.

Kubitit voivat perustua kiteen atomitason virheisiin. Prototyyppiesimerkki on NV-keskus , joka koostuu typpiatomista (N), joka sijaitsee timanttikiteen tyhjiön (V, puuttuva hiiliatomi) vieressä. Nämä virheet voivat olla vuorovaikutuksessa sekä elektronien että valon kanssa, jolloin ne voivat emittoida yksittäisiä fotoneja (valokvantteja), jotka voivat välittää kvantti-informaatiota tai joita voidaan käsitellä kvanttiverkoissa.

Viimeaikaiset tutkimukset ovat keskittyneet piivirheeseen, T-keskukseen, joka voi tallentaa kvantti-informaatiota pitkiä aikoja, jotka ovat verrattavissa NV-keskuksen aikoihin. Se myös emittoi valoa telekommunikaatiokaistalla – aallonpituusalueella, jota voidaan siirtää pienillä häviöillä optisten kuitujen kautta.

T-keskus koostuu hiili- ja vetyatomeista, mutta vedyn läsnäolo tekee siitä hauraan ja herkän valmistusolosuhteille.

Uudessa tutkimuksessaan tutkijat tunnistivat lupaavan vaihtoehdon: CN-keskuksen, joka koostuu hiili- ja typpiatomeista. "Toisin kuin T-keskus, tämä vika ei sisällä vetyä, ja siksi se on vankempi ja helpompi toteuttaa todellisissa laitteissa", sanoo projektia johtanut Van de Walle -ryhmän postdoc-tutkija Kevin Nangoi.

Tiimi käytti edistyneitä tietokonesimulaatioita mallintaakseen vikaa atomitasolla. Koska tällaiset simulaatiot antavat tutkijoille mahdollisuuden ennustaa uusien, kokeellisesti toteuttamattomien järjestelmien materiaaliominaisuuksia, ne voivat ohjata tulevia pyrkimyksiä uusien laitteiden suunnittelussa ja valmistuksessa.

Tulevaisuutta ajatellen Van de Walle totesi: "Jos CN-keskus vahvistetaan kokeellisesti, se voisi toimia käytännöllisenä uutena rakennuspalikkana kvanttilaitteille, mikä voisi mahdollisesti nopeuttaa edistyneiden kvanttiteknologioiden kehitystä [ja käyttää] samaa piimateriaalia, joka käyttää nykyajan elektroniikkaa."

Aiheesta aiemmin:

Uusi alusta kvantti-informaation käsittelyyn

Jyväskylän yliopisto vetämään piikubittien hanketta