Пучки ионов означают квантовый скачок для цветно-центрированных кубитов

схожие новости

Достижение огромных перспектив квантовых вычислений требует новых разработок на всех уровнях, включая само вычислительное оборудование. Международная группа исследователей, возглавляемая Национальной лабораторией Лоуренса Беркли, обнаружила способ использования ионных пучков для создания длинных цепочек кубитов «цветных центров» в алмазе, сообщается в статье на сайте Лаборатории Беркли.

Среди авторов несколько человек из лаборатории Беркли: Арун Персо, который руководил исследованием, и Томас Шенкель, руководитель программы Fusion Science & Ion Beam Technology подразделения Accelerator Technology and Applied Physics (ATAP), а также Кейси Кристиан (теперь с лабораторией Беркли), Эдвард Барнард из Molecular Foundry лаборатории Беркли и Рассел Э. Лейк из филиала ATAP.

Создание большого количества высококачественных квантовых битов (кубитов) в непосредственной близости для связи друг с другом — одна из самых сложных задач квантовых вычислений. Сотрудничая с коллегами по всему миру, команда изучает возможности использования ионных пучков для создания искусственных центров окраски в алмазе для использования в качестве кубитов.

Пучки ионов могут создавать цепочки тесно связанных квантовых битов (кубитов) на основе азотно-вакансионных «центров окраски» в алмазе для использования в аппаратном обеспечении квантовых вычислений. Сотовый рисунок на фотографии показывает разницу между участками, подвергающимися воздействию луча (более темными), и участками, замаскированными

Центры окраски — это микроскопические дефекты, некие отклонения от строгой структуры решетки кристалла, такого как алмаз. Тип дефекта, который представляет особый интерес для кубитов, — это атом азота рядом с пустым пространством в решетке алмаза. Отметим, что азот обычно содержится в кристаллической решетке алмаза, который в первую очередь представляет собой кристаллическую форму углерода и может влиять на цвет камня.

При возбуждении за счет быстрого энерговыделения проходящего иона в решетке алмаза могут образовываться центры вакансий азота. Электронные и ядерные задние части центров этих вакансий и соседних атомов углерода могут функционировать как твердотельные кубиты, а кристаллическая решетка может помочь защитить их когерентность и взаимную запутанность.

Результатом является физически прочная система, которую не нужно использовать в криогенной среде, что является привлекательным атрибутом для квантовых датчиков, а также для кубитов в этом типе твердотельного квантового компьютера. Однако создать достаточное количество кубитов и сделать их достаточно близко друг к другу было непросто.

Когда быстрые (высокоэнергетические) тяжелые ионы, такие как лучи, которые использовала эта команда (ионы золота с кинетической энергией около одного миллиарда электрон-вольт) проходят через материал, такой как легированный азотом алмаз, они оставляют след из вакансий азота по их следам. Установлено, что центры окраски образуются напрямую, без необходимости дальнейшей термообработки. Более того, они образовывались по всей длине ионных треков, а не только в конце ионного диапазона, как ожидалось из более ранних исследований с ионами с более низкими энергиями. В этих прямых «перколяционных цепочках» кубиты с центрами окраски выровнены на расстояниях в десятки микрон и находятся всего в нескольких нанометрах от своих ближайших соседей. Метод, разработанный лабораторией Беркли, позволяет измерять центры окраски с разрешением по глубине.

Штатный научный сотрудник отдела ATAP Арун Персо, главный исследователь этой работы

Работа по синтезу кубитов, далеких от равновесия, была поддержана Управлением науки Министерства энергетики США. Следующим шагом в исследовании будет физическое вырезание группы этих центров окраски, а также необходимо будет показать, что они действительно настолько тесно связаны, что их можно использовать в качестве квантовых регистров.

Результаты, опубликованные в данной статье, показывают, что можно будет сформировать квантовые регистры примерно из 10 тысяч связанных кубитов — на два порядка больше, чем было достигнуто до сих пор с помощью дополнительной технологии кубитов с ионной ловушкой — на расстоянии около 50 микрон.

— Взаимодействие быстрых тяжелых ионов с материалами изучается на протяжении десятилетий для различных целей, включая поведение ядерных материалов и влияние космических лучей на электронику, — сказал Шенкель.

Он добавил, что исследователи во всем мире пытались создать квантовые материалы, искусственно создавая центры окраски в алмазе.

В крошечном и эфемерном масштабе (нанометры и пикосекунды) вклад энергии ионными пучками создает состояние высокой температуры, которое Шенкель сравнивает с поверхностью Солнца в диапазоне 5000 К, а также давлением. Помимо выбивания атомов углерода из кристаллической решетки алмаза, этот эффект мог бы позволить фундаментальные исследования экзотических состояний переходной теплой плотной материи, состояния материи, которое присутствует во многих звездах и больших планетах и ​​которое трудно изучать непосредственно на Земле. Это также может позволить формировать новые кубиты с заданными свойствами, которые невозможно сформировать обычными методами.

Постдокторанты отдела ATAP Сахель Хакими и Лизелотт Обст-Хюбл, а также штатные ученые Кей Накамура и Цин Джи показаны в целевой камере лучевого канала iP2. Линия пучка высокой интенсивности с коротким фокусным расстоянием, которая в настоящее время строится при поддержке Министерства энергетики США по наукам о термоядерной энергии, iP2 будет использоваться для лазерного ускорения ионов в Центре лазерных ускорителей лаборатории Беркли (BELLA). Лазерно-плазменное ускорение ионов дает надежду на выполнение многих функций с использованием установки, значительно меньшей, чем обычные ускорители

— Это открывает новое направление для расширения наших возможностей по формированию квантовых регистров, — сказал Шенкель.

В настоящее время струны центров окраски формируются с помощью лучей от крупных ускорителей частиц, таких как тот, который использовался в немецкой лаборатории GSI на этот раз. В будущем они могут быть созданы с использованием компактных лазерно-плазменных ускорителей, подобных тем, которые разрабатываются в Центре лазерных ускорителей Лаборатории Беркли (BELLA).

Центр BELLA активно развивает свои возможности по ускорению ионов при финансовой поддержке Управления науки Министерства энергетики США. Эти возможности будут использоваться как часть LaserNetUS. Ионные импульсы от лазерно-плазменного ускорения очень интенсивны и значительно расширяют нашу способность формировать переходные состояния высоковозбужденных и горячих материалов для синтеза кубитов в новых условиях.

Читать еще

Комментарий

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Пожалуйста, введите ваш комментарий!
пожалуйста, введите ваше имя здесь

Популярные новости

Reuters: министры обороны НАТО обсудят новый план на случай нападения России

Во время проведения собрания в Брюсселе, главы оборонных ведомств Североатлантического альянса рассматривают вопрос об утверждении нового плана противодействия против возможной атаки Российской Федерации одновременно...

Валерий Грибакин: спецподразделения Росгвардии не дрались за получение краповых беретов

Спецподразделения не дрались на соревнованиях за краповые береты в Ставропольском крае. Бойцы не снимают краповые береты на глазах у врага и тем более в...

Военнослужащие ЦВО испытали новый метод стрельбы «Тигровая карусель» на полигоне Шилово

Военнослужащие спецподразделения ЦВО проводили учения на полигоне Шилово в Новосибирской области, применив новый метод повышенного темпа стрельбы "Тигровая карусель" против условного противника. Всего принимали...

В КНР успешно испытали гиперзвуковую ракету неограниченной дальности

Китайские военные успешно спроектировали и испытали современную гиперзвуковую ракету, способную облететь планету и поразить цель. Информация появилась в китайских СМИ (не подтвержденная) и была...

В ходе учений «Защитники дружбы-2021» военнослужащие выехали из РФ в Египет для проведения совместных тактических операций

Бойцы десантно-штурмового полка гвардии Новороссийского соединения выехали из Российской Федерации в Арабскую Республику Египет для участия в совместных тактических учениях «Защитники дружбы-2021», которые проводятся...

Японские истребители были подняты из-за полетов российского и китайского вертолетов

Истребители ВВС Японии подняли тревогу в связи с полетами российских и китайских вертолетов с боевых кораблей, заявил на пресс-конференции в Токио заместитель генерального секретаря...

CNN: президент США обеспокоен сообщениями о гиперзвуковых ракетах Китая

Глава американского государства ответил на вопросы журналистов на военной базе Эндрюс недалеко от Вашингтона в среду перед вылетом в Пенсильванию. Его спросили, не беспокоят...

Минобороны РФ: в Сербии торжественно завершились совместные учения войск «Славянский щит-2021»

В Сербии прошла церемония закрытия тактических учений на авиабазе Батайница ПВО «Славянский щит-2021», в котором приняли участие подразделения ВВС России и Сербии, оснащенные зенитно-пушечным...

В Китае J-6, основанные на конструкции советских истребителей, превратили в беспилотники

Копии советских истребителей МиГ-19 в Китае преобразовали в беспилотники. Фотографии переоборудованного самолета Shenyang J-6 были опубликованы в отчете Военного командования Китайской Народно-освободительной армии в...