Физики взболтали спин в алмазных кубитах

Изображение: Evan MacQuarrie

Физики из Корнелльского университета научились переключать спин в алмазном NV-центре за счет механических колебаний самого алмаза. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, кратко об исследовании можно прочитать на сайте университета.

В ходе эксперимента ученые с помощью специального осциллятора трясли алмаз с очень высокой частотой (до нескольких гигагерц). Механические колебания создавали в кристаллической решетке углерода стоячие волны, которые, как показали наблюдения, заставляли электроны NV-центров менять свой спин. Перемена спина была видна по изменению инициированной лазером флюоресценции в таких NV-центрах. Ранее целенаправленно менять спин в алмазных кубитах можно было только с помощью приложения внешнего магнитного поля.

NV-центры образуются в кристаллической решетке алмаза, когда один из атомов углерода заменен азотом. Сейчас NV-центры часто используются физиками в роли кубитов, то есть как физический носитель квантовых битов — квантовая информация записывается в них в виде состояния электронов центра. В других случаях в роли кубитов выступают охлажденные почти до абсолютного нуля изолированные атомы или (тоже охлажденные) сверхпроводящие металлические резонаторы.

Преимущества алмазных кубитов заключаются в том, что они позволяют изолировать «хрупкую» квантовую информацию от внешней среды и не требуют для этого охлаждения. Если NV-центры расположены недалеко от поверхности алмаза, они, наоборот, крайне чувствительны к внешней температуре и магнитному полую. Как показала группа Михаила Лукина в Гарварде, это свойство можно использовать для создания на основе алмазных наночастиц микроскопических термометров и сенсоров магнитного поля.