Исследования продемонстрировали лазерный контроль квантовых состояний в обычной кремниевой пластине и наблюдение за этими состояниями с помощью обычных электрических измерений.
Результаты, опубликованные в журнале Nature Communications британско-голландско-швейцарской командой из Университета Суррея, Университетского колледжа Лондона, Университета Хериота-Ватта в Эдинбурге, Университета Радбуда в Неймегене и ETH Zürich/EPF Лозанна/Институт Пола Шеррера в Швейцарии - важный шаг на пути к будущим квантовым технологиям, которые обещают обеспечить безопасную связь и сверхбыстрые вычислительные приложения.
Команда продемонстрировала время квантового включения/выключения около одной миллионной миллионной доли секунды - самое быстрое квантовое переключение, когда-либо достигнутое с помощью кремния, и более чем в тысячу раз быстрее, чем предыдущие попытки.
Квантовые вычисления используют тот факт, что, согласно квантовой механике, атомы могут существовать в двух состояниях одновременно, будучи возбужденными и невозбужденными одновременно. Это состояние известно как состояние суперпозиции и наиболее хорошо иллюстрируется Квантовый кот Шредингера, который одновременно мертв и жив», - сказал доктор Эллис Бойер, один из исследователей из Суррея, проводивший лазерные измерения. Он добавил: «Эта суперпозиция орбитальных состояний очень тонкая, но мы обнаружили, что кремний обеспечивает удивительно чистую среду для атомы фосфора, запертые внутри, где хранится наша квантовая информация. Мы поместили атомы в состояние суперпозиции с помощью очень короткого (несколько триллионных долей секунды) лазерного импульса от лазерной установки FELIX, а затем мы показали, что можем создать новый суперпозиция, которая зависит от точного времени прихода второго лазерного импульса. Мы обнаружили, что состояние суперпозиции сохраняется даже тогда, когда электроны летают вокруг захваченного атома, когда через чип протекал ток, и, что еще более странно, сам ток зависит от состояния суперпозиции».
Команда недавно получила дополнительное финансирование от EPSRC Великобритании (Совет по исследованиям в области инженерных и физических наук) для исследования того, как соединить многие из этих квантовых объектов друг с другом, создавая более крупные строительные блоки, необходимые для квантовых компьютеров. Этот следующий этап исследований может позволить создание быстрых квантовых кремниевых чипов и других устройств, таких как сверхточные часы и сверхчувствительные биомедицинские датчики..
Квантовые суперпозиции и вытекающие из них квантовые технологии только начинают оказывать влияние, но мы считаем, что с новыми достижениями в области кремния это лишь вопрос времени, когда они станут частью повседневной жизни. Эта работа приближает это время, показывая, что экзотические квантовые особенности, которые обычно демонстрируются с невообразимо крошечными вещами в университетских физических лабораториях, также можно увидеть с помощью обычного вольтметра», - сказал доктор Торнтон Гренланд из UCL.«Что интересно, так это то, что мы можем наблюдать эти экзотические квантовые явления в наиболее распространенном материале, кремнии, используя такое простое измерение, как измерение электрического сопротивления». компьютер, который выполняет огромное количество вычислений одновременно и обеспечивает беспрецедентно безопасные вычисления, недоступные для хакеров».