Forskare från NUST MISIS (Ryssland) tillsammans med kollegor från Sverige, Ungern och USA, hittat ett sätt att tillverka stabila qubits som fungerar vid rumstemperatur, i motsats till majoriteten av befintliga analoger. Detta öppnar nya möjligheter för att skapa en kvantdator. Dessutom, resultaten av forskningen kan redan användas för att skapa magnetometrar med hög noggrannhet, biosensorer och ny kvantinternetteknik. Artikeln är publicerad i Naturkommunikation .

En kvantbit (qubit) är den minsta datalagringsenheten i kvantsystem, analogt med den välkända biten i klassiska datorprocesser. Än så länge, endast prototyper av en kvantdator har skapats, men forskarna är överens om att i framtiden, en sådan dator kommer att ha otroliga beräkningsmöjligheter. På samma gång, kvantteknologier används redan inom ett antal områden, såsom ultrasäkra kommunikationslinjer.

Ett av huvudproblemen är instabiliteten hos qubits och extremt låga temperaturförhållanden som krävs för deras drift. I dag, de mest populära typerna av qubits är sådana på supraledande material eller på enstaka atomer. Både den första och den andra existerar bara vid extremt låga temperaturer, kräver enorma kostnader för konstant systemkylning. Halvledarmaterial kan bli en lovande analog. Till exempel, det är känt att en qubit kan skapas på en punktdefekt i ett diamantgitter. Defekten uppstår på grund av att en kolatom (C) ersätts med en kväveatom (N), med en defekt, ledig (V) i närheten. Det var redan bevisat att en sådan qubit framgångsrikt skulle fungera vid rumstemperatur.

Forskare från National University of Science and Technology MISIS (Ryssland) och Linköpings universitet (Sverige) hittade tillsammans med kollegor från Ungern och USA ett sätt att tillverka stabila halvledar-qubits med ett annat material, kiselkarbid (SiC). Detta är mycket enklare och mer kostnadseffektivt i jämförelse med diamant. SiC ansågs redan som ett lovande material för att skapa qubits, men ibland, sådana qubits bröts omedelbart ned vid rumstemperatur. Därav, forskare syftade till att ta reda på den strukturella modifieringen som skulle säkerställa stabil drift av qubits.

"För att skapa en qubit, en punktdefekt i ett kristallgitter exciteras med laser, och när en foton sänds ut, denna defekt börjar lysa upp. Det har tidigare bevisats att sex toppar observeras i luminescensen av SiC, namngiven från PL1 till PL6, respektive. Vi fick reda på att detta beror på en specifik defekt, där ett enda "förskjutet" atomlager, kallas ett staplingsfel, visas nära två lediga positioner i gallret, säger professor Igor Abrikosov vid Linköpings universitet.

Nu när det är känt vilken strukturell egenskap som gör att SiC-qubits fungerar vid rumstemperatur, denna funktion kan skapas på konstgjord väg, till exempel, med hjälp av kemisk ångavsättning. Denna utveckling öppnar nya möjligheter för att skapa en kvantdator som kan arbeta vid rumstemperatur. Dessutom, enligt forskare, resultaten kan redan användas för att skapa magnetometrar med hög noggrannhet, biosensorer och ny kvantinternetteknik.