Der Edelsteinspinel, der für seine lebendigen Farben bekannt ist, die Edelsteinen wie Rubinen und Saphiren ähneln, hat sich nun gezeigt, dass sie Quanteninformationen speichern können, was es zu einem tragfähigen Material auf dem Gebiet der Quantentechnologie macht.
Die Entdeckung, die von Mitarbeitern der Tohoku University, der University of Chicago und des Argonne National Laboratory gemacht wurde, war veröffentlicht in der Zeitschrift Applied Physics Express.
Dies ist das erste Papier, das aus der Chicago -tohoku -Quantenallianz resultiert. Das Bündnis zwischen Uchicago und Tohoku -Forschern wurde im Juni 2023 gefälscht, um Brücken mit japanischen Unternehmen aufzubauen und eine stärkere Branchenbeziehungen zur Akademie und der Regierung aufzubauen.
„Diese Entdeckung beleuchtet das unglaubliche Potenzial von Materialien wie Spinel, die seit langem für ihre ästhetischen Eigenschaften geschätzt werden, jetzt jedoch tiefgreifende wissenschaftliche Fähigkeiten enthüllt“ der Molekulare Engineering, die die Forschung gemeinsam leitete.
„Durch die Nutzung der einzigartigen Eigenschaften fördern wir nicht nur unser Verständnis von Qubit -Systemen, sondern erweitern auch das Toolkit für Quantentechnologien auf eine Weise, die bisher nicht vorgestellt wurde.“
Die Quantum -Informationstechnologie nutzt die Quantenmechanik, um Informationen so zu verarbeiten, zu speichern und zu übertragen, wie klassische Systeme nicht können. Im Zentrum dieser Technologie stehen Sammlungen von Qubits, die als Qubit -Systeme bezeichnet werden.
In einem solchen System behalten feste Wirtsmaterialien wie Diamant oder Moissanit Quanteninformationen durch Atomdefekte, die dazu dienen, Elektronenspins zu fangen. Die transparenten Eigenschaften dieser Edelsteine helfen dabei, diese Qubits auf eine Weise zu isolieren, die für die Manipulation stabil genug ist.
„Stellen Sie sich das wie eine Schneekugel vor. Das Glas der Schneekugel schützt die Objekte vor Außenstörungen, aber wir können sie immer noch manipulieren, wenn wir sie schütteln“, sagt Manato Kawahara, Ph.D. Student am Forschungsinstitut für Elektrokommunikation (RIEC) der Tohoku University. „Bei Qubits verwenden wir magnetische oder elektrische Felder, um den Spin des Qubits zu steuern.“
Kawahara und die Durchbrüche seiner Kollegen wurden durch frühere Untersuchungen der University of Chicago, des Argonne National Laboratory und der Tohoku University unterstützt. Im Jahr 2021 entwickelte eine Forschungsgruppe Richtlinien für das Auffinden neuer Solid-State-Spin-Qubit-Systeme, und im Jahr 2022 enthüllte dieselbe Gruppe ein Mittel zur Straffung der Entdeckung tragfähiger Qubit-Materialien.
Dies führte die aktuelle Gruppe zu Spinel (MGAL2O4), die sie experimentell testen konnten, indem sie einen Laserstrahl auf das Material (Laserfall) leiteten, um es zu erregen, und dann das emittierte Licht (Photolumineszenz) zu messen, um die Reaktion des Materials zu analysieren.
„Verwenden eines optischen Messsystems zur Erkennung der Informationen des Spin -Qubits, haben wir festgestellt, dass das Cerium (CE) -Zentrum in Spinel Qubit -Informationen bei sehr niedrigen Temperaturen (4 K) unter einem Magnetfeld von 500 m halten kann“, sagt Shun Kanai, a Professor bei Riec und der gemeinsam das Forschungsteam leitete.
Um jedoch für das Qubit voll funktionsfähig zu sein, muss das System drei Funktionen nachweisen: Initialisierung, Manipulation und Erkennung. Die Ergebnisse hier zeigen, dass Spinel die ersten und dritten Funktionen besitzt, dh die Fähigkeit, den Qubit -Zustand zu initialisieren und zu lesen.
„Wir freuen uns nach vorne, wir planen, das Spin -Qubit für aufkommende Quantenanwendungen in Bezug auf Erkennung, Kommunikation und Computer zu manipulieren und zu steuern“, sagte Awschalom.
Letztendlich eröffnet die Demonstration einer Qubit -Funktion im Spinel unerforschte Möglichkeiten in Quantentechnologien.
Weitere Informationen:
Manato Kawahara et al., Polarisationsabhängige Photolumineszenz von CE-implantiertem MGO und MGAL2O4, Applied Physics Express (2024). Doi: 10.35848/1882-0786/ad59f4