Созданы алмазные струны для квантовой памяти

Созданы алмазные струны для квантовой памяти

Квантовый интернет обещает полностью безопасную связь. Но использование квантовых бит или кубитов для переноса информации требует радикально нового аппаратного обеспечения — квантовой памяти. Такое устройство атомного масштаба хранит информацию и преобразует данные в свет для передачи по сети. Кубиты чрезвычайно чувствительны к окружающей среде. Даже вибрации соседних атомов способны нарушить способность запоминать информацию. До сих пор исследователи полагались на чрезвычайно низкие температуры и на слабые вибрации. Но достижение рабочих температур для крупномасштабных сетей является чрезмерно дорогостоящим делом.

Работать с квантовой памятью — как играть на гитаре

Сократить уровень сложности и дороговизны решили исследователи Школы инженеров и прикладных наук Гарварда. Учёными выработано решение для организации памяти, которое видится таким же простым, как настройка гитары для начинающих.

Исследователям удалось создать алмазные струны, поддерживающие настройку уровня спокойствия окружающей среды кубита.

Эти же алмазные струны улучшают работу памяти по времени с десятков до нескольких сотен наносекунд, достаточных для выполнения требуемых операций.

Инженеры-исследователи отмечают:

Примеси алмаза — многообещающие узлы для квантовых сетей. Тем не менее, эти примеси не идеальны. Некоторые виды примесей хороши для сохранения информации, но сложно коммутируются. Другие, напротив, удачно коммутируются, но страдают от потери памяти.

Примеси алмаза, именуемые кремний-вакансионными цветовыми центрами, являются мощными кубитами. Электрон, захваченный в центре, действует подобно биту памяти и может излучать одиночные фотоны красного света.

Эти фотоны, в свою очередь, способны выступать в качестве информационных носителей. Но соседние атомы алмазного кристалла, вибрирующие случайным образом, оказывают влияние на электрон в центре, затирая полезную информацию, которую необходимо запомнить.

Модернизация алмазного кристалла

С целью улучшения памяти в шумной среде, исследователи нарезали алмазный кристалл с цветовым центром тонкими полосами (струнами), шириной около одного микрометра и прикрепленными электродами с обеих сторон.

Прикладываемым напряжением такая алмазная струна растягивается и увеличивает частоту колебаний чувствительности электрона, точно так же, как затягивание гитарной струны увеличивает частоту или шаг.

Этот процесс эффективно превращает окружающие кристалл вибрации в нерелевантный фоновый шум, позволяя электрону внутри вакансии комфортно хранить информацию сотни наносекунд — достаточно долгое время по квантовой шкале.

Симфония таких настраиваемых алмазных струн будет служить основой будущего квантового Интернета.


При помощи материалов: MDPI