Дефекты кристаллов можно использовать для масштабирования кубитов

Исследователи из Университета штата Огайо и Чикагского университета выяснили, что дефекты кристаллической решётки алмаза — так называемые дислокации — могут быть использованы для масштабирования квантовых вычислителей.

В ходе работы учёные изучали азотно-замещённые вакансии (NV-центры) в кристаллах алмаза. Именно этот материал сегодня считается одной из ключевых платформ для твердотельных кубитов, лежащих в основе квантовых вычислительных систем.

Моделирование показало, что NV-центры способны улучшать квантовые свойства вблизи кристаллических дефектов. Кроме того, такие центры обладают уникальными оптическими характеристиками, что делает их перспективными не только для квантовых вычислений, но и для создания квантовых сенсоров.

Результаты исследования также показали, что NV-центры не нарушают оптический цикл и не мешают считыванию спиновых состояний. Более того, они сохраняют квантовую когерентность значительно дольше, чем в химически чистом алмазе. Учёные объясняют это тем, что дефекты формируют так называемые «часовые переходы», которые защищают кубит от внешнего магнитного шума.

«Хотя не все варианты расположения дефектов подходят для выполнения квантовых операций, результаты показывают, что значительная их часть соответствует требованиям для функционирования кубитов», — отметил соавтор работы Юй Цзинь, научный сотрудник Института Флэтайрон.

Авторы также указывают, что схожими свойствами обладают дефекты и в других материалах. По их мнению, управляемое размещение таких дефектов открывает новые возможности для дальнейшего масштабирования квантовых вычислений.