В Казани подтвердили потенциал карбида кремния для квантовых технологий
Физики Казанского федерального университета обнаружили, что карбид кремния является одним из наиболее перспективных материалов для квантовых технологий. Исследование, проведенное с поддержкой Минобрнауки России, сосредоточено на разработке систем устойчивой квантовой памяти. Об этом сообщает ТАСС.
Как отметил руководитель авторского коллектива Фадис Мурзаханов, ключевой вывод работы заключается в подтверждении карбида кремния как одной из самых многообещающих сред для квантовых технологий. Квантовая память играет важную роль в создании защищенных каналов связи и узлов для хранения данных. Мурзаханов подчеркнул, что одной из серьезных проблем квантовой физики является высокая нестабильность квантовых систем, так как внешние магнитные и электрические поля, а также атомные шумы могут быстро уничтожить полезную информацию.
В ходе исследования было осуществлено селективное управление ядрами атомов карбида кремния марки 13C, находящимися в пределах полупроводникового кристалла. Эти ядра отличаются инертностью и устойчивостью к внешним воздействиям.
"Эти элементы защищены от электромагнитного шума и могут надежно хранить информацию, что избавляет от необходимости сложной изотопной очистки всего материала. Тем не менее, для улучшения свойств кристалл был частично модифицирован немагнитными изотопами кремния 28Si", – добавил Мурзаханов.
Во время экспериментов с использованием NV центров были достигнуты значимые результаты. Впервые были получены ядерные осцилляции Рабби на дальних атомах углерода-13, что подтверждает полный контроль над их квантовым состоянием. Ученые также зафиксировали перераспределение интенсивностей на спектральных линиях азота-14, применив метод тройного резонанса и насытив ядерные переходы на углероде-13 энергией. Кроме того, была установлена косвенная магнитная связь между ядрами азота и углерода.
"Полученные результаты создают основу для разработки долговечной квантовой памяти. В научном мире наблюдается переход от нестабильных электронных кубитов к долгоживущим ядерным системам. Ядра атомов могут хранить данные значительно дольше, чем электроны, которые быстро теряют информацию. Наши эксперименты поддерживают этот глобальный тренд, демонстрируя, что ядра углерода-13 могут служить надежными микроскопическими сейфами для квантовой информации", – заключил Мурзаханов.
Карбид кремния производится в промышленных масштабах и используется в силовой электронике, что дает надежду на применение обнаруженных квантовых свойств для создания реальных компонентов памяти без необходимости в уникальном лабораторном оборудовании.
В будущем исследователи намерены объединить одиночные электронные кубиты с дальними ядрами углерода в многокубитные квантовые регистры, чтобы проверить стабильность обмена данными между связанными ядерными спинами и выполнение простейших логических операций внутри кристалла. Результаты работы опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry Letters.
