Инженеры разработали квантовую память, которая может обнаруживать ошибки, работает при относительно высоких температурах и обладает временем когерентности более 2 секунд. Исследователи из Центра квантовых сетей AWS и Гарвардского университета представили квантовую память на основе кремниевых вакансий в алмазах. Технология открывает путь к масштабируемым квантовым сетями, заявляют ученые.

В квантовых сетях информация передается с помощью запутанных квантовых битов или кубитов, объясняют ученые. Квантовая память — это небольшой квантовый компьютер, который может улавливать и хранить квантовые биты, закодированные в фотонах, без их измерения. Любое воздействие разрушит запутанность, при этом кубиты в квантовой памяти могут быть обработаны и перекодированы, если это необходимо.

В своей работе ученые использовали технологию, которая называется центром кремниевых вакансий. Это квантовые биты, состоящие из электронов вокруг отдельных атомов кремния, встроенных в кристаллы алмаза. Кремниевая вакансия встроена в узорчатую алмазную проволоку, которая направляет к ней фотоны. В зависимости от квантового состояния электрона фотоны отражаются по-разному, что позволяет хранить квантовую информацию в спине электрона.

Наша система напоминает оптические модуляторы, которые передают большую часть интернет-трафика. Как и оптические модуляторы, наша квантовая память — это переключатели, которые либо пропускают, либо отражают свет в зависимости от того, «включены» они или «выключены». В отличие от обычных модуляторов, наши включаются и выключаются одним электроном, а не большими электрическими сигналами, и могут находиться в квантовой суперпозиции включения и выключения, – Дэвид Левонян, соавтор исследования в интервью Phys.org

А) Квантовые уровни центра вакансий кремния в алмазе. Электрические управляющие импульсы «MW» и «RF» могут переключать магнитные спины ядер и электронов вверх и вниз. B) и C) Изображение устройства под электронным микроскопом. Кремниевая вакансия встроена в узорчатую алмазную проволоку, которая направляет к ней фотоны. Изображение: Stas et al., Science

Электронные спины очень удобны для взаимодействия с фотонами, но также чувствительны к магнитным и электрическим полям, отмечают исследователи. Эта чувствительность уменьшает время их когерентности (сохранения квантового состояния). Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали технологию передачи квантовой информации от электронов к более инертным ядерным спинам.

В серии экспериментов ученые показали, что их память может работать при температуре 4 K (а не 0,1 К как предыдущие системы) и при этом сохранять информацию относительно долго. Авторы работы отмечают, что даже такое, казалось бы, незначительное изменение температуры, при которой работает модуль памяти, на порядок снижает затраты на охлаждение.