Алмазная память для квантового процессора ✎ экспресс

Оригинал: "Coupling Nitrogen Vacancy Centers in Diamond to Superconducting Flux Qubits"
arXiv:1001.4048 · 2010-01-22 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 1 мин
Спин электрона в алмазе обменивается информацией со сверхпроводящей петлёй.

📄 Показана версия «Просто» — «Популярно» пока не готова. Добавьте ★ в избранное, если хотите её ускорить.

Сверхпроводящий кубит — крошечное колечко без сопротивления — щёлкает задачами быстрее, чем вы моргаете. Но стоит отключить питание, и всё, что он насчитал, исчезает. Как повар, который готовит без записи рецепта: пока стоит у плиты, помнит каждый шаг, а через час — пусто.

Авторы работы предлагают записывать результат в алмаз. Точнее, в дефект кристаллической решётки, где атом углерода заменён азотом, а рядом зияет дыра — азотно-вакансионный центр. Электрон в такой ловушке ведёт себя как крошечный магнит, и его спин (собственное вращение) можно повернуть вверх или вниз. Через магнитное поле этот спин сцепляется со сверхпроводящей петлёй — и квантовое состояние перетекает из одного устройства в другое.

В алмазе спин сохраняет ориентацию дольше, чем в любом другом твёрдом теле при комнатной температуре — до нескольких миллисекунд. Для квантового мира это целая вечность.

Такая связка работает в обе стороны. Сверхпроводящий процессор передаёт данные ансамблю дефектов, те хранят их, а когда нужно — возвращают обратно. Больше того, два удалённых центра в алмазе могут «почувствовать» друг друга через общую сверхпроводящую петлю. Это напоминает двух музыкантов, играющих в унисон по одному камертону: каждый слышит общую ноту и подстраивается под неё.

Если заменить сверхпроводящую петлю на свет, такая система станет мостом между кубитами и фотонами — кирпичиками будущего квантового интернета.

В перспективе гибрид «алмаз + сверхпроводник» даёт квантовому компьютеру то, чего ему остро не хватает: долгую память. Процессор считает, память хранит, а свет разносит результаты по сети. Повар наконец получает книгу рецептов, которая не сгорает при выключении плиты.

Азотно-вакансионный центр в алмазе светится красным, если подсветить его зелёным лазером. По яркости этого свечения можно прочитать, в какую сторону направлен спин электрона.

Учёные
Christian DopplerD. B. McLaughlinDidier QuelozMichel MayorR. A. RossiterNiels Bohr
Понятия
алмазная квантовая память азотно-вакансионный центр в алмазе сенсорика на NV-центрах твердотельный кубит гибридная система электронная ловушка связь магнетизма и сверхпроводимости квантовый кристалл памяти кубит магнитная связь ниобий триплетная сверхпроводимость сверхпроводящий резонатор пиннинг потока зарядовый кубит кремний магнитный вихрь цветовая сверхпроводимость связь рубидий