Mikroskopijne defekty w materiale o grubości kilku atomów mogą zrewolucjonizować technologie kwantowe, jak pokazują najnowsze badania. To krok bliżej do powszechnego stosowania sieci kwantowych i czujników.

Obecnie przechowywanie danych kwantowych w właściwościach spinowych elektronów, znanych jako koherencja spinu, wymaga bardzo specyficznych i delikatnych warunków laboratoryjnych. Nie jest to coś, co można zrobić bez starannie kontrolowanego środowiska.

Międzynarodowy zespół badaczy zademonstrował jednak obserwowalną koherencję spinu w temperaturze pokojowej, wykorzystując drobne defekty w warstwowym materiale 2D zwanym heksagonalnym azotkiem boru (hBN).

„Wyniki pokazują, że gdy zapisujemy określony stan kwantowy na spinie tych elektronów, informacja ta jest przechowywana przez około jedną milionową sekundy, co czyni ten system bardzo obiecującą platformą dla zastosowań kwantowych,” mówi fizyk Carmem Gilardoni z Uniwersytetu Cambridge w Wielkiej Brytanii.

„Może to wydawać się krótkim czasem, ale interesujące jest to, że system ten nie wymaga specjalnych warunków – może przechowywać stan kwantowy spinu nawet w temperaturze pokojowej i bez potrzeby stosowania dużych magnesów.”

Warstwy hBN są utrzymywane razem przez siły molekularne wbudowane w sam materiał, ale defekty mogą pojawić się podczas syntezy lub przetwarzania materiału. Tworzą one mikroskopijne miejsca, w których mogą być uwięzione elektrony.

Badaczom udało się nie tylko uwięzić i obserwować elektrony w defektach hBN, ale także manipulować nimi za pomocą światła. To pierwszy raz, gdy takie eksperymenty udały się w normalnych, pokojowych temperaturach.

Na podstawie pomiarów dokonanych przez zespół, zastosowanie hBN pokazuje obiecujące możliwości jako stabilne przechowywanie kwantowe – nawet jeśli stany kwantowe mogą być przechowywane tylko przez ułamek sekundy, istnieją przesłanki, że może to zostać zwiększone.

„Praca z tym systemem uświadomiła nam moc fundamentalnych badań nad nowymi materiałami,” mówi fizyk Hannah Stern z Uniwersytetu w Manchesterze w Wielkiej Brytanii.

„W przypadku systemu hBN, jako dziedzina możemy wykorzystać dynamikę stanów wzbudzonych w innych nowych platformach materiałowych do przyszłych technologii kwantowych.”

Utrzymanie stanów kwantowych – i kwantowej informacji – stabilnych i chronionych przed zakłóceniami jest stałym wyzwaniem dla naukowców, którzy nieustannie poszukują nowych materiałów i technik poprawiających stabilność.

Zespół teraz bada sposoby na wydłużenie czasu przechowywania spinu poza milionową sekundy, poprawę niezawodności defektów i jakości emitowanego przez nie światła.

W miarę postępów, powoli ale pewnie, będziemy w stanie rozwijać bardziej zaawansowane czujniki kwantowe – zdolne do monitorowania najmniejszych zmian we wszechświecie – oraz sieci kwantowe do super-szybkiej, super-bezpiecznej transmisji informacji.

„Każdy nowy obiecujący system poszerzy zestaw dostępnych materiałów, a każdy nowy krok w tym kierunku przyczyni się do skalowalnej implementacji technologii kwantowych,” mówi Stern.

Źródło: Yahoo News