html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Дефекты в алмазах помогут создать безопасные квантовые сети

1-implantingdi.jpg
Искусственный алмаз.

Алмазы ценятся за их чистоту (отсутствие примесей), но именно эти ювелирные недостатки могут быть ключом к новому типу высокозащищенных коммуникаций.

Исследователи из Принстонского университета используют алмазы для создания коммуникационной сети, которая опирается на свойство субатомных частиц, известное как квантовое состояние (так как для квантовых частиц, входящих в квантовую систему, мы не можем точно определить все физические параметры, то для описания состояния такой системы и введен этот термин. Иными словами, квантовое состояние — это любое возможное состояние, в котором может находиться квантовая система — прим. перев.). Они считают, что такие квантовые информационные сети были бы чрезвычайно безопасными, а также позволяли бы новым квантовым компьютерам работать вместе для решения проблем, которые в настоящее время неразрешимы. Но ученые, которые в настоящее время разрабатывают эти сети, сталкиваются с рядом проблем, в том числе с тем, как передать «хрупкую» квантовую информацию на большие расстояния.

И теперь исследователи пришли к возможному решению проблемы благодаря использованию синтетических алмазов. В статье, опубликованной на этой неделе в журнале Science, они описывают, как можно хранить и передавать биты квантовой информации, известные как кубиты, используя алмаз, в котором два атома углерода заменены одним атомом кремния.

В используемых сейчас сетях связи устройства, называемые ретрансляторами, некоторое время хранят и повторно передают сигналы, усиливая их, чтобы информация могла передаваться на большие расстояния. Натали де Леон, доцент электротехники Принстонского университета и ведущий исследователь, сказала, что алмазы могут служить в качестве квантовых ретрансляторов для сетей, основанных на кубитах.

Идея квантового ретранслятора существует уже давно, «но никто не знал, как их построить», — говорит Леон. «Мы пытаемся найти то, что будет основным компонентом квантового ретранслятора».

Основная проблема при создания квантовых ретрансляторов заключалась в поиске материала, который мог бы хранить и передавать кубиты. Пока что лучший способ передачи кубитов — кодировать их в частицы света, называемые фотонами. Оптоволокно, используемое в настоящее время повсеместно для создания сетей, уже передает информацию через фотоны. Однако кубиты в оптическом волокне могут перемещаться только на короткие расстояния до того, как потеряют свои квантовые свойства, и информация потеряется. Трудно ловить и хранить фотоны, которые по определению движутся со скоростью света.

implantingdi.jpg
Фиолетовые лучи — потоки фотонов, синие кружки со стрелками — спины (внутренние моменты инерции частиц). Фотоны, передающие информацию, могут определенным образом менять спины электронов, что и позволяет хранить с их помощью данные.

Вместо этого исследователи рассматривали твердотельные материалы, такие как кристаллы, чтобы обеспечить хранение квантовых данных. В кристалле, таком как алмаз, кубиты теоретически могут быть перенесены с фотонов на электроны, которые легче хранить. Ключевым местом для осуществления такого переноса могут быть изъяны в алмазе — места в углеродистой решетке, где есть химические элементы, отличные от углерода. Ювелиры знали на протяжении веков, что примеси в алмазах придают им разные цвета. Для команды Леоны эти цветовые вкрапления, так называемые примеси, дают возможность манипулировать светом и создать квантовый ретранслятор.

Сначала исследователи пытались использовать дефекты, называемые азото-замещенными вакансиями: это места, где атом азота заменяет один из атомов углерода. Но, увы, было обнаружено, что, хотя эти дефекты и хранят информацию, они не имеют правильных оптических свойств. Затем решено было проверить кремниевые вакансии — замещение атома углерода атомом кремния. Но и они не подходили: да, с их помощью можно передавать информацию в фотоны, но не было согласованности во времени (то есть фаза колебания электромагнитной волны была непредсказуема).

«Мы задумались — а что мы знаем о причинах ограничений этих двух видов дефектов? », — сказала де Леон. «Можем ли мы создать что-то абсолютно новое, с нуля, чтобы устранить все эти проблемы?»

Принстонская команда решила экспериментировать с электрическим зарядом дефекта. Теоретически, кремниевые вакансии должны быть электрически нейтральными, но, как оказалось, соседние примеси могут менять электрический заряд дефекта. Было выдвинуто предположение, что может существовать связь между зарядом и возможностью держать спины электронов в правильной ориентации для хранения кубитов.

Исследователи объединились с Element Six, промышленной компанией по производству алмазов, чтобы создать алмаз с электрически нейтральными кремниевыми вакансиями. Компания смогла это сделать путем добавления в слои углерода атомов бора, которые вытесняют другие примеси, из-за которых может нарушиться нейтральный заряд.

«Мы должны были проделать все эти танцы вокруг заряда чтобы иметь возможность изменять заряд дефектов так, как нам надо», — говорит Леон. «Мы контролируем распределение заряда в фоновых дефектах алмаза, и это позволяет нам контролировать заряд тех дефектов, которые нас волнуют».

5b3df2c4df77c.jpg
Выращивание алмаза по слоям, фото сделано при помощи микроскопа.

Затем исследователи внедрили ионы кремния в алмаз, после чего нагрели его до высоких температур, чтобы удалить все другие примеси, имеющие собственный заряд. После нескольких итераций, а также анализу, проведенному в сотрудничестве с учеными из Геммологического института Америки, команда все же смогла создать электрически нейтральные кремниевые вакансии в алмазах.

Нейтральные кремниевые вакансии отлично подходят как для передачи квантовой информации с использованием фотонов, так и для ее хранения с использованием электронов, которые являются ключевыми компонентами для создании такого квантового состояния, как запутанность, которое описывает то, как пары частиц остаются взаимосвязанными, даже если их разделить. Запутанность является ключом к обеспечению безопасности квантовой информации: получатели могут сравнивать состояния частиц в запутанных парах, чтобы увидеть, было ли повреждено сообщение при пересылке.

Следующим шагом в исследовании является построение интерфейса между нейтральными кремниевыми вакансиями и фотонными схемами для вывода фотонов из сети в алмаз и наоборот.

Аня Блешински Джаич, профессор физики Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, говорит, что исследователи успешно справились с давней проблемой обнаружения дефекта алмаза с характеристиками, благоприятными для работы с квантовыми свойствами как фотонов, так и электронов.

«Успех авторско-инженерного подхода к определению перспективных твердотельных квантовых платформ на основе дефектов в алмазах подчеркивает универсальность твердотельных дефектов и, вероятно, будет способствовать более полному и широкому поиску новых, еще более лучших материалов на замену кремнию», — сказала Джаич, не участвующая в исследовании.
Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с iguides.ru

1

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • iguides
          • домен iguides.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции