Ssylka

Возможен ли контроль квантового шума при помощи алмазных кристаллов?

Исследователи из Гарвардского университета и других институтов совершили прорыв в управлении квантовыми системами, создав уникальные алмазные фононные кристаллы. Эти кристаллы способны контролировать взаимодействие между высокочастотными фононами и отдельными квантовыми системами, что открывает новые горизонты для квантовых технологий. Фононы, квантовые механические вибрации атомов в твердых телах, являются распространенным источником шума и декогеренции, снижающим точность и эффективность квантовых устройств. Разработанные кристаллы направлены на минимизацию этих нежелательных эффектов.
Возможен ли контроль квантового шума при помощи алмазных кристаллов?
Изображение носит иллюстративный характер

В основе инновации лежит идея управления фононной локальной плотностью состояний. Путем тонкой настройки структуры фононных кристаллов ученые добились подавления процессов с участием отдельных фононов, являющихся ключевым источником шума. Для этого в алмазные кристаллы встраивались кремниево-вакансионные центры окраски, которые служат квантовыми излучателями. Сложность заключалась в создании наноструктур с элементами размером до 20 нанометров в монокристаллическом алмазе, что потребовало тщательной оптимизации процесса травления.

Ключевым достижением стало наблюдение 18-кратного снижения скорости орбитальной релаксации, вызванной фононами. Это свидетельствовало об эффективном подавлении процессов, связанных с отдельными фононами. Кристаллы продемонстрировали работоспособность в подавлении взаимодействий между отдельными фононами и квантовыми излучателями при температурах до 20 К. При этом диапазон подавляемых частот составляет от 50 до 70 ГГц. Результаты опубликованы в журнале Nature Physics в 2024 году (DOI: 10.1038/s41567-024-02697-5), где первым автором указан Кадзухиро Курума.

Разработанная технология открывает широкие перспективы для создания квантовых фононных сетей и акустических систем. Такие системы необходимы для разработки продвинутых квантовых технологий, а также найдут применение в радиочастотной обработке сигналов, оптомеханике, нелинейной фононике и термоэлектричестве. Управление фононами в твердых телах является ключевой задачей в развитии квантовых технологий, и данное исследование является важным шагом в этом направлении.

Исследование расширяет возможности в области акустодинамики, науки, изучающей квантовые явления, связанные с акустическими волнами. Усовершенствование материалов и методов для контроля фононов также имеет важное значение для улучшения производительности квантовых систем в твердом состоянии при более высоких температурах. Подавление спонтанных процессов с участием отдельных фононов является критически важным для повышения когерентности и надежности квантовых устройств.

Алмазные фононные кристаллы, разработанные командой Кадзухиро Курумы, открывают новые возможности для управления квантовыми взаимодействиями в твердых телах. Возможность подавления высокочастотных фононов и контроля локальной плотности состояний фононов позволяет исследователям уменьшить декогеренцию и шум, что является ключом к созданию более стабильных и мощных квантовых технологий. Дальнейшие исследования в этой области могут привести к революционным прорывам в квантовых вычислениях, связи и сенсорике.

Таким образом, манипуляция фононами с помощью специально разработанных кристаллов из алмаза представляет собой многообещающий подход к преодолению фундаментальных ограничений в области квантовых технологий. Управление взаимодействиями между высокочастотными фононами и центрами окраски на квантовом уровне может стать ключом к реализации квантовых устройств, работающих с высокой точностью и надежностью. Этот прорыв имеет огромное значение для развития квантовой науки и технологий.


Новое на сайте

17904Символы власти вестготских женщин: орлиные броши из Аловеры 17903Как одна строка кода вскрыла уязвимость целой экосистемы? 17902Lufthansa заменит 4000 административных сотрудников искусственным интеллектом 17901Каков истинный срок годности генетической информации? 17900Сможет ли закон догнать искусственный интеллект, предлагающий психотерапию? 17899Цепная реакция заражения листерией из-за одного поставщика 17898Холодный расчет: как современная наука изменила правила стирки 17897Деревянная начинка: массовый отзыв корн-догов из-за угрозы травм 17896Случайное открытие, спасшее 500 миллионов жизней 17895Мастерство мобильной съемки: полное руководство по камере iPhone 17894Что мог рассказать личный набор инструментов охотника эпохи палеолита? 17893Почему крупнейшая звездная колыбель млечного пути производит непропорционально много... 17892Обречены ли мы есть инжир с мертвыми осами внутри? 17891Почему AI-помощникам выгодно лгать, а не признавать незнание? 17890Является ли творчество искусственного интеллекта предсказуемым недостатком?