Исследователи заявляют о прорыве в квантовой коммуникации благодаря новому методу растяжения алмазов, который, по их словам, значительно увеличивает температуру, при которой кубиты остаются запутанными, а также делает их управляемыми с помощью микроволнового излучения.
Квантовые сети — это новая область, которая использует странные квантовые явления для отправки и получения информации. Эти сети будет невозможно взломать, и они будут использовать квантовую запутанность для покрытия больших расстояний, создавая пары кубитов, которые отражают квантовое состояние друг друга без какой-либо физической связи.
Кубиты на основе алмазов способны сохранять состояние запутанности в течение приличного периода времени – но только при условии, что их поддерживают невероятно холодными – всего лишь на волосок выше абсолютного нуля. Это ограничивает их полезность, поскольку будет означать, что вам понадобится гигантское энергоемкое охлаждающее устройство в каждом узле вашей квантовой сети.
Но исследователи из Чикагского университета, Аргоннской национальной лаборатории и Кембриджского университета говорят, что нашли революционное решение, буквально растянув алмаз, чтобы изменить его молекулярную решетку.
Команда нанесла тонкую алмазную пленку на горячее стекло. Когда стекло остывает, оно сжимается – но оно сжимается меньше, чем алмаз, применяя растягивающую силу на молекулярном уровне. По словам исследовательской группы, изменение в структуре алмаза «бесконечно малое», но эффект драматичен.
Температура, при которой эти кубиты растянутого алмаза остаются запутанными, выросла с чуть выше абсолютного нуля до 4 Кельвинов (-452 °F, -269 °C). Конечно, это все еще очень холодно, но гораздо легче достичь температуры 4 Кельвина, чем менее 1 Кельвина. Используемое оборудование значительно дешевле и компактнее.
«Это разница в инфраструктуре и эксплуатационных расходах на порядок», — сказал Алекс Хай, доцент Притцкеровской школы молекулярной инженерии, чья команда возглавляла исследование. «Этот метод позволяет значительно повысить рабочую температуру этих систем до такой степени, что их эксплуатация станет гораздо менее ресурсоемкой».
«Большинство кубитов сегодня требуют специального холодильника размером с комнату и команда высококвалифицированных людей для ее управления, — сказал Хай, — поэтому, если вы представляете себе промышленную квантовую сеть, где вам придется строить одну каждые пять или 10 километров [3 или 6 миль], сейчас вы говорите о немалой инфраструктуре и рабочей силе.»
Вытянутые ромбовидные структуры также снизили шум и увеличили точность передачи информации через систему до 99%, поскольку этими кубитами можно управлять с помощью микроволн, в отличие от предыдущих версий, которые требовали света в оптическом спектре, что вносило изрядную долю ошибок. .
«Обычно, если система имеет более длительный срок службы когерентности, это происходит потому, что она хорошо «игнорирует» внешнее вмешательство — а это значит, что ею труднее управлять, потому что она сопротивляется этому вмешательству», — сказал аспирант Синхань. Го, первый автор статьи. «Очень интересно, что, внедрив фундаментальную инновацию в области материаловедения, мы смогли преодолеть эту дилемму».
«Благодаря сочетанию длительного времени когерентности и возможного квантового контроля с помощью микроволн мы открываем путь к разработке Устройства на основе алмазов для квантовых сетей очевидны для центров вакансий олова», — добавил Мете Ататюр, профессор физики из Кембриджа и соавтор исследования.
Работа доступна в журнале Физический обзор X.
