Qubit silicon cacbua mới mang chúng ta đến gần hơn một bước với mạng lượng tử

Các khuyết tật crom trong cacbua silic có thể cung cấp một nền tảng mới cho thông tin lượng tử.

Máy tính lượng tử có thể giải quyết các vấn đề khoa học mà đối với các siêu máy tính thông thường nhanh nhất hiện nay là không thể. Cảm biến lượng tử có thể đo các tín hiệu mà các cảm biến nhạy nhất hiện nay không thể đo được. Các bit lượng tử (qubit) là các khối xây dựng cho các thiết bị này. Các nhà khoa học đang nghiên cứu một số hệ thống lượng tử cho các ứng dụng cảm biến và tính toán lượng tử. Một hệ thống, spin qubit, dựa trên sự điều khiển định hướng spin của electron tại các vị trí khuyết tật trong vật liệu bán dẫn tạo nên qubit. Các khiếm khuyết có thể bao gồm một lượng nhỏ vật liệu khác với vật liệu chính mà chất bán dẫn được tạo ra. Các nhà nghiên cứu gần đây đã chứng minh cách tạo ra các qubit spin chất lượng cao dựa trên các khuyết tật crom trong cacbua silic.

Sự va chạm

Các nhà nghiên cứu đang khám phá các khuyết tật crom trong cacbua silic dưới dạng qubit spin tiềm năng. Một ưu điểm của các qubit spin này là chúng phát ra ánh sáng ở bước sóng tương thích với các sợi quang viễn thông. Điều này có nghĩa là chúng có thể hữu ích cho các mạng lượng tử sử dụng sợi quang để kết nối các qubit. Thật không may, các vấn đề về chất lượng của vật liệu đã hạn chế khả năng tồn tại của các qubit spin này. Các nhà nghiên cứu gần đây đã nghiên cứu những cách mới để tạo ra các khuyết tật crom trong cacbua silic. Họ cấy các ion crom vào cacbua silic sau đó đốt nóng chúng lên hơn 1600 độ C. Điều này tạo ra một vật liệu có khuyết tật spin có chất lượng qubit cao hơn nhiều. Kết quả này có thể dẫn đến truyền thông lượng tử sử dụng công nghệ bán dẫn và sợi quang ngày nay.

Bản tóm tắt

Ngày càng nhiều nỗ lực thương mại hóa máy tính lượng tử và cảm biến lượng tử đã đầu tư rất nhiều vào các loại qubit cụ thể. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu phải vượt qua một số thách thức để nhận ra tính toán lượng tử, giao tiếp và cảm biến thực tế. Thứ nhất, họ cần hiểu rõ hơn về các giới hạn cơ bản của các loại qubit khác nhau. Spin qubit đặc biệt thú vị vì spin điện tử có thể lưu trữ thông tin trong một thời gian dài so với nhiều loại qubit khác. Hơn nữa, những qubit này có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng, và chúng có thể được điều khiển và đọc bằng quang học. Các giao diện quang học sẽ rất quan trọng đối với sự phát triển của công nghệ này vì các photon có thể mang thông tin lượng tử khoảng cách xa bằng cách sử dụng các mạng cáp quang viễn thông hiện có.

Nghiên cứu được báo cáo ở đây cho thấy rằng các ion crom được cấy vào các chất nền silicon cacbua có bán trên thị trường, và sau đó được ủ ở nhiệt độ cao, tạo ra các khuyết tật spin đơn có thể được sử dụng cho các qubit spin. Phương pháp tương tự có thể được sử dụng để tạo ra các khuyết tật vanadi hoặc molypden khi các nhà nghiên cứu tiếp tục tìm kiếm qubit lý tưởng.

Tham khảo: “Kiểm soát mạch lạc và độ trung thực cao của các ion crom trong cacbua silic thương mại” của Berk Diler, Samuel J. Whiteley, Christopher P. Anderson, Gary Wolfowicz, Marie E. Wesson, Edward S. Bielejec, F. Joseph Heremans và David D. Awschalom, ngày 29 tháng 1 năm 2020, npj Thông tin lượng tử .
DOI: 10.1038 / s41534-020-0247-7

Dự án này được hỗ trợ bởi Văn phòng Khoa học của Bộ Năng lượng (DOE), Khoa học Năng lượng Cơ bản, Khoa học Vật liệu và Phòng Kỹ thuật. Một phần công việc này được thực hiện tại Trung tâm Công nghệ Nano Tích hợp, Cơ sở Người dùng Khoa học của Văn phòng DOE.

Theo Scitechdaily