يمكن أن تعزز الدورات المظلمة أداء الأجهزة الكمومية القائمة على الألماس

يمكن تعزيز أداء بعض التقنيات الكمومية من خلال استغلال التفاعلات بين مراكز النيتروجين والعيوب الموجودة على سطح الماس - وفقًا لبحث أجراه فريقان مستقلان من العلماء في الولايات المتحدة.

ظهرت مراكز NV في الماس كمنصة واعدة للحالة الصلبة لاستشعار الكم ومعالجة المعلومات. إنها عيوب في الشبكة الماسية حيث يتم استبدال ذرتين من الكربون بذرة نيتروجين واحدة ، مما يترك موقعًا شبكيًا واحدًا شاغرًا. مراكز NV عبارة عن نظام دوران ثنائي المستوى يمكن من خلاله كتابة المعلومات الكمومية وقراءتها باستخدام ضوء الليزر وأجهزة الميكروويف. من الخصائص المهمة لمراكز NV هي أنه بمجرد وضعها في حالة كمومية معينة ، يمكن أن تظل في تلك الحالة لفترة "تماسك" طويلة نسبيًا - مما يجعلها مفيدة من الناحية التكنولوجية.

حساس جدا

تعتبر مراكز NV حساسة للغاية للمجالات المغناطيسية ، مما يعني أنه يمكن استخدامها لإنشاء مستشعرات مجال مغناطيسي عالية الأداء لمجموعة واسعة من التطبيقات. ومع ذلك ، فإن هذه الحساسية لها جانبها السلبي لأن مصادر الضوضاء المغناطيسية يمكن أن تقلل من أداء مراكز NV.

أحد مصادر الضوضاء المغناطيسية هو التفاعلات بين مراكز NV ودوران الإلكترونات غير المزاوجة على سطح الماس. لا يمكن الكشف عن هذه السبينات باستخدام التقنيات البصرية ، لذلك يشار إليها باسم "الدوران المظلم".

أثناء تفاعلها مع مراكز NV ، يمكن أن تدمر الدورات المظلمة المعلومات الكمية المخزنة في مركز NV أو تقلل من أداء المستشعرات القائمة على NV. يمكن تقليل مثل هذه التفاعلات باستخدام مراكز NV التي تكون أعمق داخل كتلة الماس. ومع ذلك ، فإن هذا الحل يزيد من صعوبة استخدامها لاستشعار الحقول المغناطيسية على نطاق قصير جدًا - وهو أمر مفيد لدراسة السبينات الفردية أو النوى أو الجزيئات.

مفيد من الناحية التكنولوجية

نظرًا لصعوبة اكتشاف الدورات المظلمة ، ظل سلوكهم في الغالب لغزًا. ومع ذلك ، فقد أظهرت الدراسات السابقة أن الدورات المظلمة لها أوقات تماسك طويلة ، مما قد يجعلها مفيدة في تقنيات الكم.

قام كلا الفريقين بالتحقيق في التفاعلات بين مراكز NV والدورانات المظلمة باستخدام الرنين المزدوج للإلكترون (DEER). هذه تقنية تحدد المسافة بين أزواج من الإلكترونات التي تدور من خلال تطبيق نبضات الميكروويف على كليهما في وقت واحد.

فريق واحد بقيادة ناتالي دي ليون في جامعة برينستون ، استخدمت قياسات DEER لتطوير نموذج لكيفية اختلاف أوقات تماسك مركز NV باختلاف عمقها تحت سطح الماس. اكتشف الفريق أيضًا أن الدورات المظلمة ليست ثابتة ، ولكنها بدلاً من ذلك "تقفز" بين المواقع على السطح. تشير هذه الاكتشافات إلى أنه يمكن تحسين التقنيات القائمة على NV عن طريق اختيار عمق مناسب لمراكز NV - وعن طريق تطوير طرق للتحكم في التنقل بين الدورات المظلمة.

ترسيب البخار الكيميائي

في غضون ذلك فريق بقيادة نورمان ياو في جامعة كاليفورنيا ، استخدمت بيركلي تقنيات مماثلة لاستكشاف كيفية تفاعل مراكز NV مع نوع مختلف من الدوران المظلم يسمى P1s. تم إنشاء هذه على سطح الماس عن طريق ترسب البخار الكيميائي للنيتروجين.

ثورة الماس الكم

في إحدى التجارب ، أعد الباحثون حمامًا قليل السكان من P1s بحيث سيطرت التفاعلات المتبادلة بين مراكز NV على تأثير P1s. في هذه الحالة ، يمكنهم استخدام نبضات الميكروويف لفصل مراكز NV بشكل انتقائي إما عن بعضها البعض أو عن الشوائب. كشفت هذه الدراسة أنه في هذه الحالة ، سيطرت التفاعلات بين مراكز NV على عملية فك الترابط ، بدلاً من التفاعلات بين مراكز NV و P1s.

ومع ذلك ، عندما أعد ياو وزملاؤه حمامًا أكثر كثافة من P1s ، يمكنهم استخدام التفاعلات لتبادل المعلومات الكمية بين مراكز NV و P1s. يمكن أن تكون هذه البيئة الكمومية الثرية مفيدة بشكل خاص في إجراء عمليات المحاكاة الكمية التي تتضمن العديد من السبينات المتفاعلة - بما في ذلك الجزيئات الحيوية المعقدة والحالات الغريبة للمادة.

يصف فريق ياو عمله في ملف على الورق arXiv التي تم قبولها للنشر في فيزياء الطبيعة. قدم De Leon وزملاؤه النتائج التي توصلوا إليها في مراجعة البدنية X.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/dark-spins-could-boost-the-performance-of-diamond-based-quantum-devices/