DigitalArtSpace

Специалисты из Калифорнийского университета заявили о разработке многообещающего элемента для квантовых технологий – уникального дефекта в структуре кремния, способного функционировать как стабильный кубит. Данное открытие делает более реальным создание квантовых компьютеров и сетей, использующих тот же материал, что и современные процессоры.

Ученые, работающие под руководством профессора материаловедения Криса Ван де Валле, стремились разработать стабильные квантовые элементы на основе кремния — наиболее распространенного и хорошо изученного материала, используемого в современной электронике.

Для создания квантовых устройств кубиты нередко строятся на базе микроскопических дефектов, присутствующих в кристаллической структуре. Наиболее распространенным примером является NV-центр в алмазе, представляющий собой атом азота, находящийся рядом с вакансией в решетке. Эти структуры способны взаимодействовать с фотонами и электронами, испуская отдельные фотоны и обеспечивая передачу квантовой информации.

В последние годы значительное внимание уделяется так называемому T-центру в кремнии. Этот элемент способен поддерживать квантовое состояние в течение длительного времени и генерирует свет в телекоммуникационном диапазоне – той области спектра, которая применяется в оптоволоконных сетях. Тем не менее, у него присутствует существенный недостаток: в его составе находится водород, который обладает способностью к свободному перемещению внутри кристалла и приводит к нестабильности структуры при серийном производстве.

В рамках нового исследования ученые представили альтернативный подход — так называемый CN-центр, который формируется исключительно из атомов углерода и азота. Кевин Нангой, возглавляющий проект, отмечает, что исключение водорода делает данный дефект значительно более устойчивым и позволяет точнее прогнозировать его свойства при создании практических устройств.

Для оценки характеристик нового центра специалисты применили вычислительные модели, основанные на фундаментальных принципах, которые позволяют описывать поведение атомов и электронов на базовом уровне. Этот метод расчётов даёт возможность прогнозировать потенциал материала до его синтеза в лабораторных условиях и определять дальнейшие направления исследований.

Как отметил один из авторов исследования, Марк Турьянски, CN-центр обладает характеристиками, присущими T-центру: он демонстрирует стабильность, обеспечивает сохранность квантовой информации и генерирует свет, подходящий для передачи данных по оптоволоконным линиям.

Именно комбинация этих характеристик с технологичностью кремния играет ключевую роль. В отличие от алмазов и экзотических кристаллов, кремний на протяжении многих лет подвергается обработке с высокой точностью и воспроизводимостью. Это открывает возможность перехода от лабораторных образцов к серийному выпуску квантовых устройств.

В публикациях отмечается, что CN-центр на данный момент является лишь теоретической конструкцией и требует экспериментального подтверждения. Тем не менее, его практическая реализация способна стать ключевым компонентом для квантовых чипов, сенсоров и коммуникационных систем.

По мнению Криса Ван де Валле, подобные недочеты открывают возможность для разработки квантовых устройств на кремниевой основе, которая и сегодня является фундаментом для всей существующей электроники. Это может существенно повлиять на скорость перехода от теоретических изысканий к практичным, масштабируемым квантовым технологиям.

Похожие статьи

Новый алгоритм Дарвина-Гёделя учит искусственный интеллект самостоятельно программировать.

В США производят эффективные процессоры: тайванские чипы TSMC возвращаются на родину для завершения производства.

В продаже — новая Lada Granta с увеличенным дорожным просветом

Новые модели Kia могут появиться на российском рынке.

Недорогой аналог Toyota Camry с пробегом более 2000 км завоевал популярность

Рамный внедорожник BAW 212 T01 с мощным двигателем: «Китайский УАЗ» с комфортом.