1758537670
2025-09-22 10:32:00
Способность точно контролировать и пару индивидуальных атомных спинов представляет собой значительный шаг к передовым квантовым технологиям, и недавняя работа Али Фаваза, Джереми Бурхилла и Стефании Кастеллетто, наряду с Хироши Абэ, Такеши Ошимой и Майклом Тобаром, демонстрируют решающий прогресс на этой области. Команда успешно объединяет несколько вращений в силиконовом карбиде к микроволновому резонатору при чрезвычайно низких температурах, достигая ключевой вехи для создания сложных квантовых систем. Это исследование выявляет сочетание различных спиновых дефектов, в том числе тех, которые известны надежной когерентностью и эффективным излучением света, предлагая потенциал для создания «информационной шины» внутри материала. Посреднивая дальние взаимодействия между этими спинами, этот подход обещает новые возможности для квантовой связи и вычислений, используя материал, совместимый с существующими технологиями на основе кремния.
Центры кремния для квантовых технологий
Исследования интенсивно сосредоточены на центрах кремниевой вакансии (SIV) в рамках алмаза, точечные дефекты, демонстрирующие квантовые свойства с многообещающими применениями в квантовых вычислениях, зондировании, коммуникации и даже мастерах. Эти центры функционируют как кубиты из -за их стабильных спиновых состояний и потенциала для точного контроля, а их чувствительность к внешним полям делает их идеальными для наноразмерного зондирования. Создание высококачественных образцов алмаза с контролируемыми концентрациями SIV имеет решающее значение, достигается с помощью таких методов, как облучение, отжиг и обогащение изотопа, чтобы минимизировать шум и повысить когерентность. Ученые характеризуют центры SIV с использованием оптической и микроволновой спектроскопии, выявляя их уровни энергии, переходы и когерентные свойства.
Размещение этих центров в оптических или микроволновых полостях усиливает взаимодействие света и улучшает когерентность, что является критическим шагом к практическим квантовым устройствам. Разработка штаммов позволяет исследователям настраивать уровни энергии и свойства SIV -центров, а контроль состояния заряда этих центров еще больше оптимизирует их квантовые характеристики. Микроскопия высокого разрешения характеризует местоположение и плотность центров SIV в рамках алмазной структуры. Основная исследовательская цель – расширение времени когерентности SIV Center Spins, что необходимо для выполнения сложных квантовых операций. Стратегии включают динамическую развязку, очистку изотопа и разработку деформации для оптимизации кристаллической среды. Улучшение взаимодействия света с использованием полостей увеличивает связь между SIV-центрами и фотонами. Исследователи также разрабатывают встроенные квантовые устройства, интегрируя SIV-центры с микропроборными структурами для создания масштабируемых квантовых схем, а также изучение новых конфигураций SIV для высокочувствительных квантовых датчиков, способных измерять магнитные поля, электрические поля и температуру с беспрецедентной точностью.
Спин кубит с помощью микроволновой настройки полости полости
Исследователи впервые подготовили метод для сильно соединения множества спиновых кубитов в карбиде кремния (SIC) с трехмерным микроволновым резонатором в 10 Millikelvin. Тщательно настраивая магнитные поля, они выровняли спиновые резонансы с резонансом полости, обеспечивая подробные измерения передачи микроволновой полости. Эти эксперименты выявили связь между различными дефектами спина, отрывавшихся друг от друга примерно на 60-70 МГц, а оптическое возбуждение расширило наблюдаемые муфты, выявив дополнительный спин резонанс с аналогичным отходом. Дополнительная конфокальная оптическая спектроскопия, выполненная в диапазоне температур от 4 до 200 Кельвинов, предоставила важные данные для определения происхождения этих спиновых резонансов.
Объединяя эти результаты с данными микроволнового резонатора, они объяснили наблюдаемые сигналы трем различным парамагнитным дефектам: положительно заряженной парой вакансий углеродных антизасий и отрицательно заряженными вакансиями кремния, расположенной в двух различных сайтах решетки. Кремниевые вакансии заслуживают внимания из -за их неотъемлемой надежности против декогерентности, в то время как пара вакансий углеродных вакансий функционирует как яркий источник отдельных фотонов. Команда достигла высокого коэффициента качества полости, что указывает на минимальную потерю энергии, и подробный анализ избегающих пересечений позволил точно определить сильные стороны связи и разделение нуля. Этот инновационный подход устанавливает основу для использования микроволновых полостей в качестве информационных автобусов, что потенциально обеспечивает большие расстояния между спинами для передовой квантовой связи и вычислений в рамках CMOS-совместимого материала.
Многочисленная связка кубита в кремниевом карбиде
Ученые успешно связали множественные переходы спиновых кубитов в карбиде кремния (sic) с 3D микроволновой полостью, резонирующей около 12. 6 ГГц в 10 Millikelvin. Эксперименты включали настройку магнитных полей для выравнивания различных спиновых резонансов с резонансом полости, что позволило провести подробные измерения передачи микроволновой полости. Команда наблюдала спиновые переходы, происходящие из различных парамагнитных дефектов в SIC, отрывавшихся друг от друга примерно на 60-70 МГц. Дальнейшее исследование с использованием 810 нанометрового лазерного возбуждения образца SIC в микроволновой полости, выявило связь дополнительного спинового резонанса, также демонстрируя расчуждение около 60-70 МГц от центрального резонанса.
Дополнительная конфокальная оптическая спектроскопия, выполненная в диапазоне температур от 4 до 200 Кельвинов, предоставила важные данные для определения происхождения этих спиновых резонансов. Анализ, объединяющий как микроволновые, так и оптические данные, объясняющие наблюдаемые сигналы с тремя специфическими дефектами: положительно заряженные пары вакансий углеродного антисита (CAV+) и отрицательно заряженные кремниевые виды, расположенные на двух различных участках решетки, обозначенных V1 и V2. Спиновые переходы V1 и V2 заслуживают внимания из -за их неотъемлемой надежности против декогерентности, что делает их многообещающими кандидатами для хранения квантовой информации. Кроме того, переход Cav+, как известно, функционирует как яркий источник отдельных фотонов. Эта демонстрация соединения соединения с режимом микроволновой полости устанавливает путь для использования полости в качестве информационной шины, опосредуя связь между этими спинами, с потенциальными применениями в квантовых вычислениях и квантовой связи, особенно с учетом совместимости SIC с методами изготовления CMOS.
Связь с полостью множества карбида кремниевых карбинов
Это исследование демонстрирует успешную связь множественных спиновых дефектов в карбиде кремния (SIC) с микроволновой полостью, что представляет собой значительный этап к реализации сложных квантовых систем. Тщательно настраивая магнитные поля и используя микроволновую спектроскопию передачи, ученые наблюдали взаимодействия между тремя различными видами спина, положительно заряженными парами вакансий углеродного антисита и двумя конфигурациями вакансий кремния, все это связано с одним и тем же режимом. Подробный анализ, поддерживаемый дополнительной оптической спектроскопией, подтвердил идентификацию этих дефектов, которые известны своим потенциалом как надежные кубиты и яркие однофотонные источники. Наблюдение с полостью-опосредованными взаимодействиями между кремниевыми вакансиями подчеркивает потенциал такого подхода для создания большего расстояния между кубитами, прокладывая путь для масштабируемых квантовых технологий.
Кроме того, исследования влияния оптического возбуждения выявили взаимодействие между нагреванием и оптической накачкой спиновых популяций, обеспечивая ценную информацию об оптимизации спин-фотонной связи. В то время как исследование было сосредоточено на ансамблях спинов, продемонстрированная связь обеспечивает основу для решения индивидуальных дефектов в будущей работе. Будущие исследования, скорее всего, будут сосредоточены на рассмотрении отдельных спин -кубитов и изучении потенциала этой платформы для квантовой связи и вычислений. Эта работа устанавливает SIC как универсальный материал для размещения гибридных квантовых систем и подчеркивает свои обещания для продвижения масштабируемых квантовых технологий.
#Кремниевый #карбид #вращается #от #пары #до #ГГц #микроволнового #резонатора #при #мк #что #позволяет #контролировать #соединить #кубит
Ещё по этой теме
)
