В КФУ ПОДТВЕРДИЛИ ПЕРСПЕКТИВНОСТЬ КАРБИДА КРЕМНИЯ ДЛЯ КВАНТОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ - КАЗАНСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Физики Казанского федерального университета – сотрудники НИЛ «Перспективные платформы для спиновых квантовых манипуляций» и кафедры магнитной радиоспектроскопии и квантовой электроники имени С.А. Альтшулера – провели исследование, посвященное разработке систем устойчивой квантовой памяти.
Руководителем группы выступил научный сотрудник Фадис Мурзаханов. В состав команды вошли: доцент кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии Георгий Мамин, доцент кафедры общей физики Института физики КФУ Ирина Грачева, главный научный сотрудник Марат Гафуров, младший научный сотрудник Маргарита Садовникова, научный-сотрудник Дарья Шуртакова, инженер-проектировщики Юлия Ермакова и Екатерина Дмитриева.
Исследование посвящено разработке систем устойчивой квантовой памяти. Она необходима для развития защищенных каналов связи и узлов хранения обработанной информации. Результаты опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry Letters.
Как сообщил Фадис Мурзаханов, во всем мире основной сложностью в данной области является крайняя нестабильность квантовых систем, поскольку любые внешние магнитные и электрические поля, а также атомные шумы (флуктуации) способны мгновенно уничтожить записанную полезную информацию.
В рамках исследования учеными было проведено селективное (выборочное) управление ядрами дальних атомов 13C, которые располагаются в пределах полупроводникового кристалла карбида кремния. Их особенность заключается в инертности и устойчивости к внешним воздействиям.
«Эти элементы изначально защищены от окружающего электромагнитного шума и способны стабильно хранить информацию. Это избавляет от необходимости проводить сложную изотопную очистку всего материала. Тем не менее для улучшений свойств кристалл был частично модифицирован немагнитными изотопами атомов кремния 28Si», – отметил ученый.
В ходе экспериментов с использованием NV центров (дефектов в строении алмаза) исследователям удалось достичь ряда результатов.
Во-первых, впервые были получены ядерные осцилляции Рабби (обмен энергией между частицей и внешним электромагнитным полем) на дальних атомах углерода-13. Это подтверждает полный и когерентный контроль (управление поведением атомов или молекул с помощью сверхкоротких лазерных и радиочастотных импульсов) над их квантовым состоянием.
Во-вторых, ученые зафиксировали перераспределение интенсивностей на спектральных линиях азота-14 (¹⁴N), воспользовавшись методом тройного резонанса и насытив энергией ядерные переходы на углероде-13.
В-третьих, исследователи экспериментально установили косвенную магнитную связь между ядрами азота и углерода. Сделать данное открытие позволил параллельный мониторинг.
«Наш эксперимент показал, что атомы азота и углерода в кристалле образуют сеть взаимосвязанных ядер через электронное облако NV центра, где воздействие на одно ядро влияет на другое», – уточнил Ф. Мурзаханов.
Оптимизировав измерительные методы, ученые смогли достигнуть контрастности считывания сигнала, равной рекордным 35 процентам (речь идет о чувствительности к обнаружению сигнала).
Практическая ценность исследования, по словам руководителя научной группы, заключается в поиске и проверке перспективных материалов, на основе которых в будущем физики или инженеры смогут собирать реальные квантовые устройства.
«В первую очередь полученные результаты закладывают основу для разработки долговечной квантовой памяти
Физики Казанского федерального университета – сотрудники НИЛ «Перспективные платформы для спиновых квантовых манипуляций» и кафедры магнитной радиоспектроскопии и квантовой электроники имени С.А. Альтшулера – провели исследование, посвященное разработке систем устойчивой квантовой памяти.
Руководителем группы выступил научный сотрудник Фадис Мурзаханов. В состав команды вошли: доцент кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии Георгий Мамин, доцент кафедры общей физики Института физики КФУ Ирина Грачева, главный научный сотрудник Марат Гафуров, младший научный сотрудник Маргарита Садовникова, научный-сотрудник Дарья Шуртакова, инженер-проектировщики Юлия Ермакова и Екатерина Дмитриева.
Исследование посвящено разработке систем устойчивой квантовой памяти. Она необходима для развития защищенных каналов связи и узлов хранения обработанной информации. Результаты опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry Letters.
Как сообщил Фадис Мурзаханов, во всем мире основной сложностью в данной области является крайняя нестабильность квантовых систем, поскольку любые внешние магнитные и электрические поля, а также атомные шумы (флуктуации) способны мгновенно уничтожить записанную полезную информацию.
В рамках исследования учеными было проведено селективное (выборочное) управление ядрами дальних атомов 13C, которые располагаются в пределах полупроводникового кристалла карбида кремния. Их особенность заключается в инертности и устойчивости к внешним воздействиям.
«Эти элементы изначально защищены от окружающего электромагнитного шума и способны стабильно хранить информацию. Это избавляет от необходимости проводить сложную изотопную очистку всего материала. Тем не менее для улучшений свойств кристалл был частично модифицирован немагнитными изотопами атомов кремния 28Si», – отметил ученый.
В ходе экспериментов с использованием NV центров (дефектов в строении алмаза) исследователям удалось достичь ряда результатов.
Во-первых, впервые были получены ядерные осцилляции Рабби (обмен энергией между частицей и внешним электромагнитным полем) на дальних атомах углерода-13. Это подтверждает полный и когерентный контроль (управление поведением атомов или молекул с помощью сверхкоротких лазерных и радиочастотных импульсов) над их квантовым состоянием.
Во-вторых, ученые зафиксировали перераспределение интенсивностей на спектральных линиях азота-14 (¹⁴N), воспользовавшись методом тройного резонанса и насытив энергией ядерные переходы на углероде-13.
В-третьих, исследователи экспериментально установили косвенную магнитную связь между ядрами азота и углерода. Сделать данное открытие позволил параллельный мониторинг.
«Наш эксперимент показал, что атомы азота и углерода в кристалле образуют сеть взаимосвязанных ядер через электронное облако NV центра, где воздействие на одно ядро влияет на другое», – уточнил Ф. Мурзаханов.
Оптимизировав измерительные методы, ученые смогли достигнуть контрастности считывания сигнала, равной рекордным 35 процентам (речь идет о чувствительности к обнаружению сигнала).
Практическая ценность исследования, по словам руководителя научной группы, заключается в поиске и проверке перспективных материалов, на основе которых в будущем физики или инженеры смогут собирать реальные квантовые устройства.
«В первую очередь полученные результаты закладывают основу для разработки долговечной квантовой памяти