Исследователи разработали новую аппаратную платформу на базе гексагонального нитрида бора, полупроводникового материала толщиной в один атом, в которой электроны захватываются структурными дефектами, что позволяет измерять их спин и использовать в качестве кубитов.
Для работы квантовых компьютеров необходимо специальное аппаратное обеспечение, которое позволяет получить доступ, измерять и манипулировать отдельными квантовыми состояниями. Однако существующие варианты требуют поддержания очень низкой температуры. Альтернативой является система на базе алмазов с дефектами в кристаллической структуре, но в трехмерных материалах сложно точно контролировать состояние спинов.
Поэтому группа инженеров из Университета Пенсильвании и исследователей из Австралийского национального университета работала над поиском двумерного материала, который выступил бы плоским аналогом алмаза. Изначально можно предположить, что им должен быть графен, который также состоит из атомов углерода, но он ведет себя как металл, а не полупроводник. Поэтому ученые перебирали базу доступных 2D материалов и обнаружили, что гексагональный нитрид бора, который широко используется в качестве диэлектрического слоя в двумерной электронике, имеет необходимую структуру и характеристики полупроводника.
Ранее было известно, что материал содержит дефекты в сотовой решетке, которые могут излучать свет. Однако исследователи установили, что под влиянием магнитного поля в некоторых из этих дефектов интенсивность излучения изменяется. Магнит контролирует вращение, а оно определяет количество испускаемых фотонов. Этот сигнал потенциально можно использовать в качестве кубита.
Такая особенность материала также позволит создать новые чувствительные датчики, с помощью которых можно будет измерять структуру и внутреннюю динамику отдельных молекул. Например, при изучении химических реакций и сворачивания белков.
Несмотря на проведенный анализ дефектов, ученым так и не удалось установить, почему одни имеют спин-зависимые оптические свойства, а другие нет. Поэтому в дальнейшем они планируют определить их ключевые отличия, чтобы научиться воссоздавать их.
Ранее физики из канадского Университета Альберты усовершенствовали другой компонент компьютера будущего. Они разработали новый способ хранения чувствительной квантовой информации, закодированной в импульсы света.
текст: Илья Бауэр, фото: cdn.tproger, Ann Sizemore Blevins