Физики демонстрируют квантовое хранилище комнатной температуры в 2D-материале
Новые исследования показывают, что микроскопические трещины в материале толщиной всего в несколько атомов могут способствовать развитию множества квантовых технологий, приближая нас к широкому использованию квантовых сетей и датчиков.
Прямо сейчас хранение данных квантовые данные о спиновых свойствах электронов, известные как спиновая когерентность, требуют очень специфической и тонкой лабораторной установки. Это невозможно сделать без тщательно контролируемой среды.
Здесь международной группе исследователей удалось продемонстрировать наблюдаемую спиновую когерентность при комнатной температуре, используя крошечные дефекты в слоистом 2D-материале под названием гексагональный нитрид бора ( hBN).
«Результаты показывают, что как только мы записываем определенное квантовое состояние на спин этих электронов, эта информация сохраняется примерно в течение одной миллионной доли секунды, что делает эту систему очень многообещающей платформой для квантовых приложения», — говорит физик Кармем Джилардони из Кембриджского университета в Великобритании.
«Это может показаться коротким, но интересно то, что эта система не требует особых условий — она может хранить спиновое квантовое состояние даже при комнатной температуре и без необходимости использования больших магнитов».
Слои hBN остаются скрепленными вместе за счет молекулярных сил, встроенных в сам материал, но дефекты могут возникнуть при синтезе или обработке материала. Это создает крошечные места, где могут быть захвачены электроны.
Исследователям удалось не только поймать и наблюдать электроны в дефектах hBN, но и манипулировать ими с помощью света. Это первый эксперимент такого типа при нормальных температурах окружающей среды.
Основываясь на измерениях, проведенных командой, использование hBN перспективно в качестве стабильного квантового хранилища – даже если квантовые состояния можно только сохранять. прямо сейчас, на небольшую долю секунды, появились признаки того, что в конечном итоге ее можно будет масштабировать.
«Работа с этой системой продемонстрировала нам силу фундаментальных исследований новых материалов», — говорит физик Ханна Стерн из Манчестерского университета в Великобритании.
«Что касается системы hBN, то как область науки мы можем использовать динамику возбужденного состояния в других новых материальных платформах для использования в будущих квантовых технологиях».
Поддержание стабильности квантовых состояний (и квантовой информации) и защиты от интерференции — постоянная задача для учёных, которые постоянно ищут новые материалы и новые методы для повышения стабильности.
Сейчас команда проводит исследование. способы увеличить время хранения спина за пределы миллионной доли секунды, улучшить достоверность дефектов и качество света, излучаемого из них.
По мере прогресса, медленно, но верно, мы сможем разработать более совершенные квантовые датчики, способные отслеживать мельчайшие изменения во Вселенной, и квантовые сети для сверхбыстрой и сверхбезопасной передачи информации. p>
«Каждая новая многообещающая система будет расширять набор доступных материалов, и каждый новый шаг в этом направлении будет способствовать масштабируемому внедрению квантовых технологий», — говорит Стерн.
Результаты исследования опубликованы. в Природных материалах.
