Учёные из Калифорнийского университета сообщили о создании нового перспективного элемента для квантовых технологий — особого дефекта в кристаллической решётке кремния, который может работать как устойчивый кубит. Открытие приближает создание квантовых компьютеров и сетей на базе того же материала, из которого сегодня делают обычные процессоры.
В квантовых устройствах кубиты часто основаны на микроскопических дефектах. Самый известный пример — NV-центр в алмазе, где атом азота соседствует с «дыркой» в решётке. Такие структуры могут взаимодействовать со светом и электронами, излучать одиночные фотоны и передавать квантовую информацию.
Долгое время внимание учёных было приковано к так называемому T-центру в кремнии. Он способен долго хранить квантовое состояние и излучает свет в телекоммуникационном диапазоне, используемом в оптоволокне. Однако у него есть серьёзный недостаток: в его состав входит водород, который легко перемещается внутри кристалла и делает структуру нестабильной при массовом производстве.
Исследователи предложили альтернативу — CN-центр, состоящий только из атомов углерода и азота. Отсутствие водорода делает такой дефект гораздо более прочным и предсказуемым при изготовлении реальных устройств. С помощью вычислительных моделей «с первых принципов» команда доказала, что CN-центр воспроизводит ключевые свойства T-центра: устойчивость, хорошее сохранение квантовой информации и излучение в нужном диапазоне.
Особую ценность открытию придаёт сочетание этих характеристик с технологичностью кремния. В отличие от алмазов и экзотических кристаллов, кремний уже десятилетиями обрабатывается с высокой точностью. Это даёт шанс перейти от лабораторных прототипов к массовому производству квантовых компонентов на той же платформе, которая сегодня лежит в основе всей мировой электроники.
Об авторе
