Új kvantumbitet jósoltak meg a Wigner FK kutatói
A Wigner Fizikai Kutatóközpont (FK) kutatói az atomi szélességű volfrám-diszulfidba ágyazott szénatom kvantumbitként való használhatóságát vizsgálták a Nature Communications című folyóiratban megjelent, legújabb tanulmányukban. Eredményeikkel hozzájárultak ahhoz, hogy több kvantumbites logikai műveletek és kvantuminformatikai rendszerek valósulhassanak meg, kétdimenziós anyagokban előállított ponthibákkal.
A kvantumtechnológia azon eljárások és eszközök gyűjtőneve, amelyekben a kvantummechanika alapvető jelenségeit az informatika, a kommunikáció és a méréstechnika szolgálatába állítják, és a klasszikus megoldásokhoz képest pontosabb vagy gyorsabb eredményeket érnek el vele. Ezek a rendszerek alapvető építőkövei a kvantumbitnek vagy qubitnek nevezett kétállapotú rendszerek. Mint a kutatóközpont közleményében olvasható, többféle kvantumrendszer vetődött már fel kvantumbitek megvalósítása céljából, és ezek között a félvezetőbe ágyazott ponthibák igen ígéretesek a szobahőmérsékleten való működés szempontjából.
A kristályokban a ponthibák gyakran előforduló molekulaszerű képződmények. Ezek a kristálynövekedés során vagy utólag, például ionbesugárzás révén jöhetnek létre. Azonban nem minden ponthiba vagy nem minden gazdakristály alkalmas kvantumbitek fizikai megvalósítására, az ilyen működésnek szigorú követelményei vannak. Ahhoz, hogy hatékony kvantumbiteket alkossanak, létfontosságú, hogy olyan rendszereket találjanak a kutatók, amelyeknek a kvantumállapotait jól tudjuk iniciálizálni, manipulálni és kiolvasni. Ehhez nemcsak a ponthibák atomi szintű kísérleti megismerésére és szerkezetének előállítására van szükség, hanem elektronszerkezetük és magnetooptikai tulajdonságaik részletes megismerésére is.
Az összegzés szerint a szilárdtestbe ágyazott ponthibák atomi szintű szimulációjának közelmúltbeli fejlődése lehetővé teszi, hogy számításokkal pontosan leírják ezeket a tulajdonságokat, valamint azt is, hogy egy adott célra új kvantumbit-típusok alkalmazhatóságát jósolják meg.
Gali Ádám kutatócsoportjának legfrissebb tanulmányában szisztematikusan vizsgálták a semleges töltésű szénhiba kvantumbitként való használhatóságát az atomi vastagságú volfrám-diszulfidban előforduló szénszubsztitúciós hibák atomi pontosságú előállítása terén elért legfrissebb eredményekre alapozva. Sűrűségfunkcionálelmélet-alapú számítással azt találták, hogy az anyagra jellemző óriási spin-pálya kölcsönhatás a gerjesztett állapotokat egymással keveri, és ennek köszönhetően foszforeszkál telekommunikációs hullámhosszon kibocsátva a koherens fényt e kétdimenziós anyagban. Eredményeik alapján ez a foszforeszkáló hiba kvantumbitként hasznosítható, amelyhez megadták a megfelelő kvantum-optikai eljárást, és ezzel megalapozták a skálázható kvantumbitek kvantumprotokollját is, mégpedig telekommunikációs hullámhosszú spin-foton interfésszel együtt.
A hagyományos háromdimenziós anyagokkal összehasonlítva a kétdimenziós anyagok a ponthibák könnyű manipulációját teszik lehetővé, és más architektúrákba is integrálhatóak. Gali Ádám kutatócsoportjának munkája hozzájárul ahhoz, hogy több kvantumbites logikai műveleteket és kvantuminformatikai rendszereket valósítsanak meg kétdimenziós anyagokban előállított ponthibákkal, olvasható a beszámolóban.
