강력한 자극제에 대한 큐빗: 연구자들은 스핀이 풍부한 물질에서 양자 정보의 저장 시간을 향상시키는 방법을 찾습니다

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빛과 강하게 결합된 핵 스핀(렌즈를 통해 본)과 인터페이스하는 양자점의 전자 스핀에 대한 아티스트의 인상. 학점 Leon Zaporski - 케임브리지 대학교

빛과 강하게 결합된 핵 스핀(렌즈를 통해 본)과 인터페이스하는 양자점의 전자 스핀에 대한 아티스트의 인상. 신용 거래
Leon Zaporski - 케임브리지 대학교

요약 :
국제 과학자 팀이 실용적인 양자 네트워크 및 양자 컴퓨터에 대한 글로벌 추진의 일환으로 양자점 스핀 큐비트의 양자 결맞음 보존의 도약을 시연했습니다.

강력한 자극제에 대한 큐비트: 연구자들은 스핀이 풍부한 물질에서 양자 정보의 저장 시간을 개선하는 방법을 찾습니다.

영국 케임브리지 | 게시일: 27년 2023월 XNUMX일

이러한 기술은 정보 전송의 보안에서부터 새로운 특성을 가진 재료 및 화학 물질 검색을 통해 센서 간의 정확한 시간 동기화가 필요한 근본적인 물리적 현상 측정에 이르기까지 광범위한 산업 및 연구 노력에 혁신을 가져올 것입니다.

스핀-광자 인터페이스는 고정된 양자 정보(예: 이온의 양자 상태 또는 고체 상태 스핀 큐비트)를 장거리에 걸쳐 분산될 수 있는 빛, 즉 광자로 변환할 수 있는 양자 네트워크의 기본 구성 요소입니다. 주요 과제는 양자 정보를 잘 저장하고 빛으로 변환하는 데 효율적인 인터페이스를 찾는 것입니다. 광학 활성 반도체 양자점은 지금까지 알려진 가장 효율적인 스핀-광자 인터페이스이지만 저장 시간을 몇 마이크로초 이상으로 확장하는 것은 XNUMX년에 걸친 연구 노력에도 불구하고 물리학자들을 당혹스럽게 했습니다. 이제 케임브리지 대학교, 린츠 대학교, 셰필드 대학교의 연구원들은 이 문제에 대한 양자 정보 저장을 XNUMX마이크로초 이상으로 향상시키는 간단한 재료 솔루션이 있음을 보여주었습니다.

양자점은 수천 개의 원자로 이루어진 결정 구조입니다. 이러한 각 원자의 핵은 양자점 전자와 결합하는 자기 쌍극자 모멘트를 가지며 전자 큐비트에 저장된 양자 정보의 손실을 유발할 수 있습니다. Nature Nanotechnology에 보고된 연구팀의 발견은 동일한 격자 매개변수를 갖는 반도체 재료로 구성된 장치에서 핵이 동일한 환경을 '느끼고' 일제히 행동한다는 것입니다. 그 결과 이제 이 핵 노이즈를 걸러내고 저장 시간을 거의 두 배 정도 개선할 수 있습니다.

케임브리지 캐번디시 연구소(Cavendish Laboratory)의 클레어 르 갈(Claire Le Gall) 연구원은 “이것은 핵과의 상호 작용을 끄고 전자 스핀의 초점을 반복해서 재집중하여 양자 상태를 유지할 수 있는 광학 활성 양자점을 위한 완전히 새로운 체제”라고 말했다. 프로젝트. “우리는 작업에서 수백 마이크로초를 시연했지만 실제로 지금 우리는 이 체제에 있으며 훨씬 더 긴 일관성 시간이 도달할 수 있다는 것을 알고 있습니다. 양자점 스핀의 경우 짧은 결맞음 시간이 애플리케이션의 가장 큰 장애물이었으며, 이 발견은 이에 대한 명확하고 간단한 솔루션을 제공합니다.”

처음으로 XNUMX마이크로초의 시간 척도를 탐색하는 동안 연구원들은 전자가 장치의 전기 노이즈와 반대로 핵의 노이즈만 본다는 사실에 놀랐습니다. 이것은 핵 앙상블이 고립된 양자 시스템이고 결맞는 전자가 큰 핵 스핀 앙상블에서 양자 현상으로 가는 관문이 될 것이기 때문에 정말 좋은 위치에 있습니다.

연구원들을 놀라게 한 또 다른 점은 핵에서 포착한 '소리'였다. 그것은 처음에 예상했던 것만큼 조화롭지 않았으며, 추가 재료 공학을 통해 시스템의 양자 일관성을 더욱 개선할 여지가 있습니다.

"우리가 이 작업에 사용된 격자 일치 재료 시스템으로 작업을 시작했을 때 잘 정의된 특성과 우수한 광학 품질을 가진 양자점을 얻는 것은 쉽지 않았습니다."라고 Linz 대학교에서 이 논문의 공동 저자인 Armando Rastelli는 말합니다. . “다소 '이국적인' 시스템에 대한 초기 호기심 중심의 연구 라인과 숙련된 팀원인 Santanu Manna와 Saimon Covre da Silva의 인내가 이러한 놀라운 결과를 바탕으로 장치로 이어진 것을 보게 되어 매우 보람을 느낍니다. 이제 우리는 우리의 나노구조가 무엇에 좋은지 알게 되었고, 공동 작업자와 함께 나노구조의 특성을 추가로 엔지니어링할 수 있는 관점에 감격했습니다.”

"이 연구에서 가장 흥미로운 것 중 하나는 복잡한 양자 시스템을 길들이는 것입니다. 십만 개의 핵이 잘 제어된 전자 스핀에 강력하게 연결되어 있습니다. “대부분의 연구자들은 모든 상호 작용을 제거하여 큐비트를 노이즈로부터 격리하는 문제에 접근합니다. 그들의 큐비트는 꼬리를 잡아당기는 사람에게 거의 반응할 수 없는 진정제에 걸린 슈뢰딩거의 고양이와 비슷해집니다. 우리의 '고양이'는 강한 자극제를 먹고 있는데, 실제로는 우리가 고양이와 더 재미있게 지낼 수 있다는 것을 의미합니다.”

양자점은 이제 높은 광양자 효율과 긴 스핀 결맞음 시간을 결합합니다. "가까운 장래에 우리는 이러한 장치가 모든 광자 양자 컴퓨팅을 위한 얽힌 빛 상태의 생성을 가능하게 하고 핵 스핀 앙상블의 기본 양자 제어 실험을 허용할 것으로 예상합니다."

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