• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Nya kvanttillstånd för bättre kvantminnen

    En konstgjord diamant under det optiska mikroskopet. Diamanten fluorescerar på grund av ett antal kvävedefekter. Kredit:Wiens tekniska universitet

    Hur kan kvantinformation lagras så länge som möjligt? Ett viktigt steg framåt i utvecklingen av kvantminnen har uppnåtts av ett forskargrupp vid TU Wien.

    Konventionella minnen som används i dagens datorer skiljer bara mellan bitvärdena 0 och 1. I kvantfysik, dock, godtyckliga överlagringar av dessa två tillstånd är möjliga. De flesta idéerna för nya kvanteknologiska enheter är beroende av denna "Superposition Principle". En av de största utmaningarna med att använda sådana tillstånd är att de vanligtvis är kortlivade. Endast under en kort tidsperiod kan information läsas ur kvantminnen på ett tillförlitligt sätt, efter det är det oåterkalleligt.

    Ett forskargrupp vid TU Wien har nu tagit ett viktigt steg framåt i utvecklingen av nya kvantlagringskoncept. I samarbete med den japanska telekommunikationsjätten NTT, Wienforskarna med Johannes Majer i spetsen arbetar med kvantminnen baserade på kväveatomer och mikrovågor. Kväveatomerna har något olika egenskaper, vilket snabbt leder till förlust av kvanttillståndet. Genom att specifikt ändra en liten del av atomerna, man kan föra de återstående atomerna till ett nytt kvanttillstånd, med en livstidsförbättring på mer än en faktor tio. Dessa resultat har nu publicerats i tidskriften Nature Photonics .

    Kväve i diamant

    "Vi använder syntetiska diamanter där enskilda kväveatomer är implanterade", förklarar projektledare Johannes Majer från Institute of Atomic and Subatomic Physics vid TU Wien. "Kvanttillståndet för dessa kväveatomer är kopplat till mikrovågor, vilket resulterar i ett kvantsystem där vi lagrar och läser information. "

    Mätutrustning för produktion av hållbara kvanttillstånd. För att undvika påverkan av termiskt brus, inställningen kyls till 20 milli grader (-273,13 ° Celsius) över den absoluta nollpunkten. Kredit:Wiens tekniska universitet

    Dock, lagringstiden i dessa system är begränsad på grund av den inhomogena breddningen av mikrovågsövergången i kväveatomerna i diamantkristallen. Efter ungefär en halv mikrosekund, kvanttillståndet kan inte längre avläsas tillförlitligt, den faktiska signalen går förlorad. Johannes Majer och hans team använde ett koncept som kallas "spektral hålbränning", tillåter att data lagras i det optiska området av inhomogent breddade media, och anpassade den för supraledande kvantkretsar och spinn kvantminnen.

    Dmitry Krimer, Benedikt Hartl och Stefan Rotter (Institutet för teoretisk fysik, TU Wien) har i sitt teoretiska arbete visat att sådana stater, som till stor del är kopplade från det störande bullret, finns också i dessa system. "Tricket är att manövrera kvantsystemet i dessa hållbara tillstånd genom specifik manipulation, i syfte att lagra information där, "förklarar Dmitry Krimer.

    Exklusive specifika energier

    "Övergångsområdena i kväveatomerna har lite olika energinivåer på grund av de lokala egenskaperna hos den inte riktigt perfekta diamantkristallen", förklarar Stefan Putz, den första författaren till studien, som sedan har flyttat från TU Wien till Princeton University. "Om du använder mikrovågor för att selektivt ändra några kväveatomer som har mycket specifika energier, du kan skapa ett "Spectral Hole". De återstående kväveatomerna kan sedan föras in i ett nytt kvanttillstånd, ett så kallat "mörkt tillstånd", i mitten av dessa hål. Detta tillstånd är mycket mer stabilt och öppnar upp helt nya möjligheter. "

    "Vårt arbete är ett" bevis på princip " - vi presenterar ett nytt koncept, visa att det fungerar, och vi vill lägga grunden för ytterligare utforskning av innovativa driftsprotokoll för kvantdata, säger Stefan Putz.

    Med denna nya metod, livslängden för kvanttillstånd för det kopplade systemet med mikrovågor och kväveatomer ökade med mer än en storleksordning till cirka fem mikrosekunder. Detta är fortfarande inte så mycket i vardagen, men i detta fall är det tillräckligt för viktiga kvantteknologiska tillämpningar. "Fördelen med vårt system är att man kan skriva och läsa kvantinformation inom nanosekunder, "förklarar Johannes Majer." Ett stort antal arbetssteg är därför möjliga i mikrosekunder, där systemet förblir stabilt. "

    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com