Специалисты из Калифорнийского университета представили перспективный структурный элемент для квантовых систем — специфический дефект в кристаллической решётке кремния, способный функционировать как надежный кубит. Данная разработка приближает эпоху создания квантовых компьютеров и коммуникаций на базе того же материала, который десятилетиями служит основой для производства традиционных микропроцессоров.
Научная группа под руководством профессора материаловедения Криса Ван де Валле сосредоточила усилия на поиске стабильных квантовых компонентов внутри кремния — наиболее освоенного и технологичного материала в современной электронной промышленности.
Функционирование кубитов в твердотельных устройствах зачастую базируется на микроскопических несовершенствах кристаллической структуры. Классическим примером является NV-центр в алмазе, где вакансия в решётке соседствует с атомом азота. Подобные конфигурации позволяют эффективно взаимодействовать с фотонами и электронами, обеспечивая генерацию и трансляцию квантовой информации.
В последние годы исследователи возлагали большие надежды на так называемый T-центр в кремнии. Он демонстрирует впечатляющее время хранения квантовых состояний и излучает свет в телекоммуникационном диапазоне, используемом в оптоволоконных сетях. Однако существенным препятствием стала нестабильность: наличие в структуре водорода, обладающего высокой подвижностью, затрудняет воспроизводимость таких элементов при массовом производстве.
В свежем исследовании ученые предложили альтернативное решение — CN-центр, состоящий исключительно из атомов углерода и азота. Кевин Нангой, возглавляющий проект, пояснил, что отсутствие водорода делает этот дефект значительно более устойчивым и предсказуемым, что критически важно для интеграции в реальные вычислительные устройства.
Для верификации характеристик нового центра команда применила методы компьютерного моделирования «из первых принципов», описывающие физику взаимодействия атомов на фундаментальном уровне. Подобные вычисления позволяют детально проанализировать свойства материала ещё до начала дорогостоящих лабораторных экспериментов.
По словам соавтора работы Марка Турьянски, CN-центр успешно наследует ключевые преимущества T-центра: он обладает высокой когерентностью и излучает в диапазоне длин волн, идеально подходящем для передачи данных по существующим линиям связи.
Главная ценность открытия заключается в сочетании уникальных квантовых свойств с технологичностью кремниевой платформы. В отличие от алмазов или синтетических кристаллов, методы прецизионной обработки кремния отточены до совершенства. Это открывает прямой путь от лабораторных прототипов к промышленному масштабированию квантовых чипов.
Авторы уточняют, что на текущем этапе потенциал CN-центра подтвержден теоретически и требует экспериментальной апробации. Тем не менее, в случае успеха этот дефект может стать стандартным компонентом для производства квантовых сенсоров, процессоров и систем защищенной связи.
Крис Ван де Валле отмечает, что в долгосрочной перспективе такие структуры позволят развернуть производство квантовых систем на существующих мощностях полупроводниковой индустрии. Это способно радикально ускорить переход от фундаментальных изысканий к внедрению масштабируемых квантовых технологий в повседневную практику.
Источник: iXBT
_large.jpg "Китайский ровер обнаружил 7-метровые залежи «грязного льда» на Равнине Утопия")
