Квантову заплутаність у твердотільній системі продовжили у 240 разів

Китайська наукова група під керівництвом Шуо Рена та Жуй-Цзянь Ляна з Університету науки і технологій Китаю в Хефеї досягла помітного поступу в квантових технологіях. Вони збільшили час життя електронної заплутаності у твердотільній системі за кімнатної температури у 240 разів. Результати опубліковано в журналі Physical Review Letters.

Квантова заплутаність пов'язує властивості частинок незалежно від відстані між ними, що відкриває шлях до квантового зондування та обробки інформації. Однак головною перепоною залишається швидке руйнування квантових станів через теплові флуктуації. Традиційно для цього застосовують наднизьке охолодження, але фізики шукають методи, які забезпечують стійкість без екстремальних умов.

Перспективним напрямом є спінові дефекти — атомарні дефекти в кристалічній ґратці, зокрема центри забарвлення в карбіді кремнію. На глибині кількох нанометрів під поверхнею вони дуже чутливі до зовнішніх сигналів, але водночас потерпають від поверхневого шуму. Дослідники використали взаємодію електронів із рідкісними ізотопами кремнію-29, ядерний спін яких зв'язується з електроном і чинить більший опір шумам. За допомогою протоколу SWAP-gate команда перенесла квантову заплутаність між електронами та ядерними спінами, використовуючи останні як надійну квантову пам'ять.

В експериментах початковий заплутаний стан було сформовано з точністю 94%, після перенесення на ядерні спіни вона знизилася лише до 92,5%. Час життя заплутаності в ядерній пам'яті перевищив 240 мікросекунд, тоді як в електронному форматі він становив трохи більше ніж 1 мікросекунду. Серед 200 досліджених центрів у карбіді кремнію понад 10% мали необхідні пов'язані ядерні спіни.

Ринок квантових технологій отримує ще один аргумент на користь твердотільних платформ, які можуть працювати за кімнатної температури. Це спрощує масштабування квантових регістрів і знижує залежність від громіздких систем охолодження. Хоча до комерційних продуктів ще далеко, метод демонструє практичний шлях до створення стійких кубітних мереж.