Метод ускорил поиск алмазных дефектов для квантовых сенсоров и компьютеров
В Принстонской лаборатории физики плазмы, действующей при Министерстве энергетики США, создан вычислительный подход, ускоряющий отбор алмазных материалов для высокочувствительных сенсоров и квантовых компьютеров. Автор разработки — исследователь Марк Мартирез. Результаты опубликованы в ACS Central Science, о них рассказал ScienceDaily. Об этом сообщает Самара онлайн 24.
Метод уже позволил выявить новые кандидаты для квантовых вычислений и сенсорики. Ключевая трудность направления связана с материалами, которые способны удерживать нестабильные квантовые состояния в рабочих условиях. Алмаз привлекает исследователей тем, что ряд его квантовых свойств сохраняется при комнатной температуре.
Практически ценные характеристики алмаза определяют не идеальная кристаллическая решётка, а небольшие дефекты. Они появляются, если атом углерода пропадает из своего узла, уступает место атому другого элемента или происходят оба изменения. Атомы вокруг такого нарушения могут формировать кубиты, то есть ячейки для хранения и обработки квантовых данных.
Раньше для расчёта поведения дефектов требовались большие вычислительные мощности, поэтому проверять множество вариантов было сложно. Марк Мартирез предложил изучать не весь алмаз, а кластер из 16–30 атомов вокруг дефекта. Этот фрагмент рассматривают как отдельную молекулу и рассчитывают методами квантовой химии, не теряя нужной точности.
Новый подход быстрее оценивает, как разные кубиты реагируют на микроволновые импульсы и лазерное излучение. В ходе работы нашлись перспективные дефекты с бором и кислородом. Кислородные дефекты могут светиться синим, борсодержащие — ультрафиолетом, а распространённый азотно-вакансионный центр в определённом квантовом состоянии даёт красное свечение.
Различия в оптических свойствах позволяют объединять несколько видов кубитов в одном устройстве и влиять на одну группу, не затрагивая другую. По мнению исследователя, соединение химии и физики твёрдого тела даёт возможность разрабатывать кубиты для конкретных задач — подобно тому, как создают специализированные молекулы. Финансирование шло по программе лабораторных исследований и разработок, которую ведёт Принстонская лаборатория, а также от Управления науки в Министерстве энергетики США, отвечающего за физику термоядерной энергии.
Следите за новостями и смотрите эксклюзивные видео в канале Самара Новости в МАХ
