چرخش های تاریک می تواند عملکرد دستگاه های کوانتومی مبتنی بر الماس را افزایش دهد

بر اساس تحقیقات انجام شده توسط دو تیم مستقل از دانشمندان در ایالات متحده، عملکرد برخی از فناوری‌های کوانتومی می‌تواند با بهره‌برداری از فعل و انفعالات بین مراکز خالی نیتروژن (NV) و نقص در سطح الماس افزایش یابد.

مراکز NV در الماس به عنوان یک پلت فرم حالت جامد امیدوار کننده برای سنجش کوانتومی و پردازش اطلاعات پدید آمده اند. آنها نقص در شبکه الماس هستند که در آن دو اتم کربن با یک اتم نیتروژن جایگزین می شود و یک محل شبکه خالی می ماند. مراکز NV یک سیستم اسپین دو سطحی هستند که اطلاعات کوانتومی را می توان با استفاده از نور لیزر و امواج مایکروویو در آن نوشت و خواند. یکی از ویژگی‌های مهم مراکز NV این است که هنگامی که آنها در یک حالت کوانتومی خاص قرار گرفتند، می‌توانند برای مدت زمان نسبتاً طولانی «پیوستگی» در آن حالت باقی بمانند - که آنها را از نظر فناوری مفید می‌کند.

بسیار حساس

مراکز NV به میدان های مغناطیسی بسیار حساس هستند، به این معنی که می توان از آنها برای ایجاد حسگرهای میدان مغناطیسی با کارایی بالا برای طیف گسترده ای از کاربردها استفاده کرد. با این حال، این حساسیت جنبه منفی خود را دارد زیرا منابع نویز مغناطیسی می توانند عملکرد مراکز NV را کاهش دهند.

یکی از منابع نویز مغناطیسی برهمکنش بین مراکز NV و اسپین های الکترون های جفت نشده روی سطح الماس است. این چرخش‌ها را نمی‌توان با استفاده از تکنیک‌های نوری شناسایی کرد، بنابراین به آنها «چرخش‌های تاریک» می‌گویند.

همانطور که آنها با مراکز NV تعامل دارند، اسپین های تاریک می توانند اطلاعات کوانتومی ذخیره شده در یک مرکز NV را از بین ببرند یا عملکرد حسگرهای مبتنی بر NV را کاهش دهند. چنین فعل و انفعالی را می توان با استفاده از مراکز NV که در عمق بیشتری از الماس قرار دارند به حداقل رساند. با این حال، این راه حل استفاده از آنها را برای درک میدان های مغناطیسی در مقیاس های طول بسیار کوتاه دشوارتر می کند - چیزی که برای مطالعه اسپین ها، هسته ها یا مولکول های فردی مفید است.

از نظر فن آوری مفید است

به دلیل دشواری تشخیص چرخش های تاریک، رفتار آنها عمدتاً یک راز باقی مانده است. با این حال، مطالعات قبلی نشان داده‌اند که اسپین‌های تاریک زمان‌های انسجام طولانی دارند که می‌تواند آنها را در فناوری‌های کوانتومی مفید کند.

هر دو تیم برهمکنش‌های بین مراکز NV و اسپین‌های تاریک را با استفاده از تشدید الکترون-الکترون مضاعف (DEER) بررسی کردند. این تکنیکی است که فاصله بین جفت اسپین های الکترون را با اعمال پالس های مایکروویو به هر دو به طور همزمان تعیین می کند.

یک تیم به رهبری ناتالی دی لئون در دانشگاه پرینستون از اندازه‌گیری‌های DEER برای ایجاد مدلی از چگونگی تغییر زمان‌های پیوستگی مرکز NV با عمق آنها در زیر سطح الماس استفاده کرد. این تیم همچنین کشف کرد که چرخش‌های تاریک ثابت نیستند، بلکه بین مکان‌های روی سطح «پرش» دارند. این اکتشافات نشان می دهد که فناوری های مبتنی بر NV را می توان با انتخاب عمق مناسب برای مراکز NV - و با توسعه راه هایی برای کنترل پرش چرخش های تاریک بهینه کرد.

رسوب بخار شیمیایی

در همین حال یک تیم به رهبری نورمن یائو در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی از تکنیک‌های مشابهی برای بررسی نحوه تعامل مراکز NV با نوع متفاوتی از چرخش تاریک به نام P1 استفاده کرد. اینها بر روی سطح الماس با رسوب شیمیایی بخار نیتروژن ایجاد شدند.

انقلاب کوانتومی الماس

در یک آزمایش، محققان یک حمام پرجمعیت از P1 تهیه کردند به طوری که تعاملات متقابل بین مراکز NV بر تأثیر P1s غالب شد. در این مورد، آنها می توانند از پالس های مایکروویو برای جدا کردن انتخابی مراکز NV از یکدیگر یا از ناخالصی ها استفاده کنند. این مطالعه نشان داد که در این مورد، برهمکنش‌های بین مراکز NV، به جای تعاملات بین مراکز NV و P1s، بر فرآیند decoherence غالب بود.

با این حال، زمانی که یائو و همکارانش حمام متراکم‌تری از P1 را آماده کردند، می‌توانستند از برهمکنش‌ها برای تبادل اطلاعات کوانتومی بین مراکز NV و P1 استفاده کنند. این محیط کوانتومی غنی می‌تواند به ویژه برای انجام شبیه‌سازی‌های کوانتومی مفید باشد که شامل چرخش‌های متقابل زیادی است - از جمله زیست مولکول‌های پیچیده و حالت‌های عجیب و غریب از ماده.

تیم یائو کار خود را در a روی کاغذ مانند: arXiv که برای انتشار پذیرفته شده است فیزیک طبیعت. دی لئون و همکارانش یافته های خود را در این مقاله ارائه می کنند بررسی فیزیکی X.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/dark-spins-could-boost-the-performance-of-diamond-based-quantum-devices/