Физики заставили электроны релаксировать при помощи микроволнового камертона

Фото: Pierre Guinoiseau /flickr

Исследователи научились быстро возвращать квантовую систему в основное состояние, повысив частоту переходов для отдельных электронов при помощи своеобразного «камертона» — микроволнового резонатора. Полученные результаты помогут увеличить производительность квантовых компьютеров и эффективность МРТ-технологий в будущем.

Большинство квантовых систем при релаксации — переходе из возбужденного состояния в основное — излучает порцию энергии, таким образом избавляясь от ее избытка. В случае электронов сопровождающаяся излучением релаксация происходит крайне редко. Ученые ищут способы увеличить частоту подобных событий, поскольку микроволновые фотоны (именно их излучают электроны в процессе релаксации) и спины электронов могут быть использованы для передачи данных в квантовых суперкомпьютерах (подробнее о том, как работают квантовые компьютеры, и как скоро мы увидим их вне стен лаборатории, можно прочитать здесь).

Было показано, что благодаря так называемому эффекту Парселла при помещении квантовой системы в резонатор частота излучательных переходов возрастает. В новой работе международная группа ученых использовала этот эффект применительно к спинам в твердом теле. Результаты их исследования опубликованы в журнале Nature.

В эксперименте ученые использовали небольшой образец высокоочищенного кремния, в который были легированы тяжелые атомы висмута. Образец помещали в колебательный контур из сверхпроводящего алюминия, с помощью которого микроволны можно было настроить на нужную частоту так же, как настраивают музыкальный камертон. При правильной настройке резонатора увеличивалось количество доступных для излучения фотона состояний, что повышало частоту изменения электронных спинов по желанию экспериментатора.

В результате ученые смогли увеличить частоту излучений на три порядка, то есть в тысячу раз. Такой результат очень важен для технологий квантовой обработки информации, так как наличие сильной связи между индивидуальными спинами электронов и микроволновыми фотонами может лечь в основу спиновой архитектуры квантовых компьютеров. Возможность по необходимости возвращать все спины рабочей системы в основное состояние дает возможность начать заново в любой момент.

Изучением свойств квантовых систем для создания квантовых компьютеров сегодня занимаются ученые почти во всех странах. При этом мало кто может похвастаться прорывными результатами или абсолютной стабильностью созданной системы. В том, насколько мы действительно близки к эре квантовых технологий, недавно разобрался «Чердак».

Теги:

Читать еще на Чердаке: