Квантовые технологии зависят от кубита, построенного из атома, субатомной частицы или фотона. В электронном или ядерном спиновом кубите знакомое двоичное состояние «0» или «1» классического компьютерного бита представлено спином — свойством, которое во многом аналогично магнитной полярности — это означает, что спин чувствителен к электромагнитному полю. Для выполнения любой задачи вращение сначала должно быть контролируемым, последовательным или продолжительным.
университет Пердью Исследователи открыли новую область квантовой науки и технологий, используя фотоны и кубиты электронного спина для регулирования ядерных спинов в двумерном материале. Они использовали кубиты электронного спина в качестве датчиков атомного масштаба, чтобы осуществить первый экспериментальный контроль над кубитами ядерного спина в ультратонком гексагональном нитриде бора.
Исследование может привести к таким приложениям, как спектроскопия ядерного магнитного резонанса атомного масштаба. Он также может разрешить чтение и запись. квантовая информация с ядерными спинами в 2D материалах.
Автор-корреспондент Тунцан Ли, доцент кафедры физики, астрономии, электротехники и вычислительной техники Purdue, сказал: «Это первая работа, показывающая оптическую инициализацию и когерентное управление ядерными спинами в 2D-материалах. Теперь мы можем использовать свет для инициализации ядерных спинов, и с помощью этого контроля мы можем записывать и читать квантовую информацию с помощью ядерных спинов в двумерных материалах. Этот метод может иметь множество различных применений в квантовая памятьквантовое зондирование и квантовое моделирование».
Ученые впервые установили интерфейс между фотонами и ядерными спинами в ультратонких гексагональных нитридах бора.
Окружающие кубиты электронного спина могут оптически инициализировать ядерные спины или установить для них известный спин. После инициализации радиочастоту можно использовать для «записи» информации путем изменения кубита ядерного спина или «считывания» информации путем измерения изменений в кубитах ядерного спина. Их метод использует три атома азота одновременно и имеет периоды когерентности более чем в 30 раз больше, чем у электронных кубитов при температуре окружающей среды. Кроме того, датчик можно включить в 2D-материал, физически наложив его поверх другого материала.
Li — сказал, «Двумерная ядерная спин-решетка подойдет для крупномасштабного квантового моделирования. Он может работать при более высоких температурах, чем сверхпроводник. кубиты".
Исследователи начали с удаления атома бора из решетки и замены его электроном, чтобы управлять кубитом ядерного спина. В это время электрон окружают три атома азота. Каждое ядро азота в настоящее время находится в состоянии случайного спина, который может быть равен -1, 0 или +1.
Затем электрон накачивается до состояния спина 0 с помощью лазерного света, что оказывает незначительное влияние на спин ядра азота.
Наконец, сверхтонкое взаимодействие между возбужденным электроном и тремя окружающими ядрами азота приводит к изменению спина ядра. Когда цикл повторяется многократно, спин ядра достигает состояния +1, где он остается независимо от повторяющихся взаимодействий. Когда все три ядра установлены в состояние +1, их можно использовать как трио кубитов.
Справочник журнала:
- Тонгкан Ли, Ядерная спиновая поляризация и контроль в гексагональном нитриде бора, Природа материалы (2022). ДОИ: 10.1038/s41563-022-01329-8.
