В Казани подтвердили потенциал карбида кремния для квантовых технологий

Физики из Казанского федерального университета выяснили, что карбид кремния является одним из наиболее перспективных материалов для квантовых технологий. Исследование сосредоточено на разработке систем устойчивой квантовой памяти. Об этом пишет сайт ТАСС.

По словам ученого, основным выводом работы стало подтверждение статуса карбида кремния как одной из самых многообещающих сред для квантовых технологий. Это подчеркнули в пресс-службе Минобрнауки России, ссылаясь на руководителя авторского коллектива Фадиса Мурзаханова.

Квантовая память необходима для создания защищенных каналов связи и узлов хранения обработанных данных. Мурзаханов отметил, что ключевой проблемой в квантовой физике является высокая нестабильность квантовых систем, так как любые внешние магнитные и электрические поля, а также атомные шумы могут мгновенно уничтожить записанную информацию.

В ходе исследования было осуществлено селективное управление ядрами дальних атомов карбида кремния марки 13C, находящимися в полупроводниковом кристалле. Эти атомы отличаются инертностью и устойчивостью к внешним воздействиям.

Эти элементы защищены от электромагнитного шума и могут надежно хранить информацию, что исключает необходимость сложной изотопной очистки всего материала. Однако для улучшения свойств кристалл был частично модифицирован немагнитными изотопами кремния 28Si, как сообщил Мурзаханов.

В ходе экспериментов с NV центрами (дефектами в алмазе) были достигнуты значимые результаты. Впервые были получены ядерные осцилляции Рабби на дальних атомах углерода-13, что подтверждает полный и когерентный контроль над их квантовым состоянием. Ученые также зафиксировали перераспределение интенсивностей на спектральных линиях азота-14, применив метод тройного резонанса и насытив ядерные переходы углерода-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, поскольку электроны быстро теряют информацию из-за внешней среды, тогда как ядра атомов могут хранить данные значительно дольше. Эксперименты показывают, что ядра углерода-13 могут служить надежными микроскопическими сейфами для квантовой информации.

Карбид кремния производится в промышленных масштабах, и авторы надеются, что обнаруженные квантовые свойства будут использованы для создания реальных компонентов памяти, без необходимости в уникальном лабораторном оборудовании.

В будущем исследователи планируют 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 опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry Letters.