Метод ускоряет поиск дефектов алмаза для квантовых сенсоров и компьютеров
В Принстонской лаборатории физики плазмы, работающей при Министерстве энергетики США, создан вычислительный подход. Он ускоряет отбор алмазных материалов, которые подходят для квантовых вычислительных машин и сенсоров с высокой чувствительностью. Об этом рассказывает RuSamara.
Результаты опубликованы в ACS Central Science; о них рассказал ScienceDaily. Метод уже указал на новые перспективные кандидаты. Одна из ключевых трудностей отрасли — сохранение хрупких квантовых состояний в реальных условиях. Алмаз интересен тем, что часть его квантовых свойств работает при комнатной температуре.
Полезные характеристики связаны с дефектами кристаллической решётки, а не с её идеальностью. Нарушения появляются, если атом углерода отсутствует, замещён элементом другого типа или произошли оба изменения. Атомы вокруг такого места могут формировать кубиты — структуры, где квантовая информация хранится и обрабатывается.
Раньше для расчёта поведения дефектов требовались большие вычислительные ресурсы, поэтому проверять множество вариантов было сложно. Марк Мартирез предложил рассматривать не весь алмаз, а кластер из 16–30 атомов вокруг дефекта. Этот фрагмент считается отдельной молекулой; к нему применимы отработанные методы квантовой химии, причём точность не теряется.
Подход быстрее оценивает, как разные кубиты реагируют на воздействие лазеров и микроволновых импульсов. Уже найдены перспективные дефекты с бором и кислородом. Кислородные излучают синий свет, борсодержащие — ультрафиолетовый, а азотно-вакансионный центр при отдельном квантовом состоянии светится красным. Различия в оптических свойствах могут помочь объединять несколько разновидностей кубитов внутри одного прибора и воздействовать на одну часть, не трогая остальные. По мнению исследователя, связка химии с физикой твёрдого тела позволит проектировать кубиты под конкретные задачи — так же, как создают специализированные молекулы. Работу поддержали программа лабораторных исследований и разработок Принстонской лаборатории и Управление науки Минэнерго США, отвечающее за физику термоядерной энергии.
