Wykorzystując diament jako podstawę oraz german w formie wakansu, członkowie zespołu badawczego przekroczyli czas spójności kwantowej wynoszący 20 milisekund. O dotychczasowych sukcesach i planach na przyszłość piszą w artykule zamieszczonym na łamach Physical Review Letters.
Czytaj też: Wykonują obliczenia na wielką skalę. Ta granica wydawała się nie do przekroczenia
Jak wyjaśniają autorzy, za cel postawili sobie eksplorację diamentowych centrów kolorów do zastosowań kwantowych. O ile do tej pory najpopularniejszym defektem diamentu był wakans azotowy, tak w ostatnim czasie naukowcy zwrócili uwagę na alternatywne rozwiązania. Wymienia się wśród nich pierwiastki takie jak krzem, german, cyna czy ołów. Przeprowadzone eksperymenty wykazały występowanie silniejszej emisji w linii zero-fononowej niż miało to miejsce z wykorzystaniem wakansów azotowych.
Kusząca okazuje się również symetria inwersji tych centrów, dzięki czemu można byłoby je wykorzystać w urządzeniach nanofotonicznych. Stamtąd już prosta droga do stworzenia wydajnej skalowalnej sieci kwantowej opartej na półprzewodnikowych źródłach pojedynczych fotonów. W praktyce oznacza to możliwość prowadzenia komunikacji kwantowej na duże odległości oraz wykonywanie rozproszonych obliczeń kwantowych.
Spójność kwantowa uzyskana przez pamięć diamentową z germanowym wakansem przekroczyła 20 milisekund
Dlaczego alternatywne opcje wzięto pod uwagę dopiero w ostatnim czasie? Ze względu na pewne ograniczenia, choćby w postaci ograniczonego czasu trwania spójności kwantowej. Niemieccy inżynierowie rzekomo uporali się z tymi trudnościami, wykorzystując wakans germanowy w formie elementu pamięci kwantowej. Pomogło w tym podejście oparte na urządzeniu znanym jako DR (Dilution Refrigerator). Poza tym zwalczyli szum spinowy i dokonali optymalizacji w zakresie przechowywania informacji.
Ważne było również zarządzanie obciążeniem cieplnym pojawiającym się za każdym razem, gdy stosowano impulsy laserowe. Urządzenia DR cechują się bowiem ograniczonym zakresem chłodzenia, co przy wzroście temperatury może prowadzić do powstawania fononów i napędzania niepożądanej dekoherencji kwantowej. Po stworzeniu układu testowego przyszła pora na sprawdzenie jego praktycznych możliwości. Te okazały się takie same, jak sugerowały wyniki symulacji.
Czytaj też: Pierwszy taki półprzewodnik kwantowy na świecie. Nasi sąsiedzi zaprojektowali wyjątkowe urządzenie
Niemcy mogą mieć powody do dumy, gdyż wielokrotnie pobili wcześniejsze osiągnięcia. Dość powiedzieć, że uzyskany przez nich czas spójności kwantowej przekroczył 20 milisekund, co oznacza wynik 45-krotnie lepszy od dotychczas uzyskanych z wykorzystaniem diamentowej pamięci kwantowej. Jeśli chodzi o kontynuację badań i uzyskanie praktycznych korzyści, to autorzy mówią o tworzeniu kwantowych systemów komunikacyjnych oraz dalszych badaniach poświęconych potencjałowi tej technologii w kontekście rozwoju węzłów sieci kwantowej.