التحكم في السبين النووي دون موجات راديوية سريع
الحاسوب الكمومي يشبه أوركسترا يعزف فيها الإلكترونات والنوى على آلات مختلفة. عادةً، يحتاج قائد الأوركسترا إلى عصاتين: موجات دقيقة للإلكترونات وموجات راديوية للنوى. وجد علماء في اليابان طريقة للاكتفاء بعصا واحدة فقط، إذ جعلوا نبضات الموجات الدقيقة تتحكم في كل من النواة والإلكترون في آن واحد.
في بلورة كربيد السيليكون، أنشأوا عيبًا (defect) — موضعًا تترتب فيه الذرات بشكل مختلف عن بقية البلورة. يعمل هذا العيب كمصيدة للإلكترون، وبجانبه توجد نواة ذرة السيليكون. سبين الإلكترون (أي دورانه الذاتي، مثل دوران القمة) يستجيب عادةً للموجات الدقيقة، بينما سبين النواة لا يستجيب إلا للموجات الراديوية. ولكن إذا مِيل المجال المغناطيسي الخارجي بزاوية دقيقة، فإن الارتباط بينهما يتعزز بشكل كبير. الآن، عندما تدير نبضة الموجات الدقيقة سبين الإلكترون، فإنها تدير النواة أيضًا.
هذه الحيلة توفر الطاقة وتبسط تصميم الجهاز الكمومي. لم يعد هناك حاجة لأسلاك منفصلة للإشارات الراديوية أو لمضخمات قوية. الذاكرة الكمومية المعتمدة على السبينات النووية تعمل تقريبًا بنفس المدة التي تسمح بها المادة نفسها — الزمن الذي يفقد فيه سبين النواة اتجاهه يقترب من الحد النظري. هذا مهم لأجهزة الاستشعار الكمومية، التي تقيس بالفعل المجالات المغناطيسية داخل الخلايا الحية أو تبحث عن المعادن تحت الأرض. بدلاً من أجهزة معقدة، يكفي مصدر واحد للموجات الدقيقة ومغناطيس مائل بدقة.
الملخص الأصلي
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2601.21499
Color centers that enable nuclear-spin control without RF fields offer a powerful route towards simplified and scalable quantum devices. Such capabilities are especially valuable for quantum sensing and computing platforms that already find applications in biology, materials science, and geophysics. A key challenge is the coherent manipulation of nearby nuclear spins, which serve as quantum memories and auxiliary qubits but conventionally require additional high-power RF fields which increase the experimental complexity and overall power consumption. Finding systems where both electron and nuclear spins can be controlled using a single MW source is therefore highly desirable. Here, using a modified divacancy center in silicon carbide, we show that coherent control of a coupled nuclear spin is possible without any RF fields. Instead, MW pulses driving the electron spin also manipulate the nuclear spin through hyperfineenhanced effects, activated by a precisely tilted external magnetic field. We demonstrate high-fidelity nuclear-spin control, achieving 89% two-qubit tomography fidelity and nearly T1-limited nuclear coherence times. This approach offers a simplified and scalable route for future quantum applications.
يمكن للسبين النووي أن يخزن المعلومات الكمومية لآلاف المرات أطول من السبين الإلكتروني، لأن النواة أقل تأثرًا بضوضاء البيئة المحيطة.
في مسلسل «Devs» (المطوّرون)، يُدار الحاسوب الكمومي بواسطة الموجات الدقيقة، لكن للتعامل مع النوى كان على الأبطال إضافة أجهزة إرسال راديوية — هنا تم حل هذه المشكلة.