取钻石量子位旋转

取钻石量子位旋转

科学家利用植入的硅离子和电来增加量子比特的自旋时间,从而接近量子网络所需的技术。

通过将硅离子以极高的精度植入金刚石中,然后控制晶体结构上的应变,科学家们表明,它们可以显著提高固态量子比特的自旋寿命。这对量子力学和量子计算有着重要的意义。

量子网络可以改变我们生产和发送数据的方式。建立这样的网络需要产生单声子——单原子和非经典机械状态的振动运动。这项工作为实现一个长期追求的目标打开了大门:确定性地产生声子。这些声子可以用来与其他量子系统(如超导量子位元)接口。本研究所发展的应变工程方法也可应用于其他量子发射器,并可用于产生可扩展的量子网络。

固态量子比特,或称量子比特,在量子网络中提供了可扩展性。这样的网络可以改变计算的方式和数据的发送方式。然而,量子系统与其环境的不受控制的相互作用会导致量子态崩溃,也就是量子退相干。虽然有一系列技术可用于减少环境影响,但克服热退相干更具挑战性。通常,唯一有效的策略是将量子系统维持在极低的温度下。在自然交流中,一个团队展示了解决这个问题的不同方法。他们从钻石中带负电荷的硅空位中心开始,这是光子量子网络的一个新兴的组成部分。

科学家们在集成纳米技术中心创建了这些硅空位中心,利用聚焦离子束将硅离子精确地植入到金刚石基板上的阵列中。通常,除非量子系统在超低温下工作,否则这种类型的器件会受到热消相干的影响。研究小组没有降低温度,而是利用了这样一个事实:电子-声子耦合(引起热退相干的原因)是由电子轨道对晶格应变的高敏感度引起的。

他们设计了一种增加菌株的方法。他们通过一个纳米机电系统装置——一个上面和下面都有金属电极图案的单晶金刚石悬臂来实现这一目标。顶部电极的开口允许光学访问硅空位量子比特。施加在电极上的直流电压使悬臂梁向下偏转,产生可控的静态应变。通过应变控制,研究小组减少了电子-声子耦合,并证明自旋相干时间提高了六倍。

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