Quantum computing zou problemen kunnen oplossen die voor de huidige supercomputers onmogelijk zijn. De uitdaging voor deze nieuwe vorm van computergebruik is het verwerken van de kwantumbits (qubits) die gegevens vertegenwoordigen. Een qubit kan worden gemaakt door de oriëntatie van de spin van een elektron op een defectlocatie in diamant te regelen. Een probleem oplossen, een kwantumcomputer gebruikt logische poorten om meerdere qubits te koppelen en nieuwe informatie uit te voeren. Wetenschappers hebben een nieuw protocol ontworpen dat kan worden gebruikt om snel, robuuste logische poorten voor qubits. De eenvoudige poorten heroriënteren de elektronenspin op defecte plaatsen in diamant. Deze nieuwe bevinding zou een snellere en efficiëntere manipulatie van de elektronenspins of qubits mogelijk maken.

Onderzoekers oefenen een nieuwe vorm van snelle geometrische controle uit op de spinoriëntatie van het elektron. Hierdoor kunnen snellere en minder poorten dezelfde werking op de qubit bereiken als conventionele technieken, waardoor de ontwikkeling van toekomstige kwantumcomputers wordt vergemakkelijkt. Als een toegevoegde bonus, de nieuwe poorten zijn ook minder gevoelig voor geluid dan de huidige operaties (met name sequentieel, multi-puls operaties). Ruis kan kwantuminformatie vernietigen. Het besturen van qubits heeft het potentieel om ons dichter bij praktische kwantumcomputers te brengen. Het zou ons vermogen om high-fidelity kwantumlogica te ontwikkelen kunnen vergroten.

Klassieke computers zijn rekenmachines, het uitvoeren van elementaire rekenkundige bewerkingen op getallen. In computertaal, deze getallen worden uitgedrukt in binaire getalseenheden van nullen en enen, ook wel bits genoemd. elk beetje, daarom, slaat het kleinste stukje informatie op en kan een waarde van 1 of 0 accepteren. Net als bij klassieke computers, kwantumcomputers zijn ontworpen om op kwantumbits te werken. Een buitengewone eigenschap van qubits is dat ze elke waarde kunnen hebben die gelijk is aan of tussen -1 en +1, totdat we ze opmeten. Net als bij een klassieke computer, de initiële toestanden van qubits moeten worden voorbereid voordat kwantumgegevens worden verwerkt of gegevens worden opgeslagen.

Diamant is een veelbelovend materiaal voor de verwerking van kwantuminformatie. in diamant, een stikstofatoom kan een koolstofatoom vervangen. Wanneer de stikstof zich naast een ontbrekend koolstofatoom in het kristalrooster bevindt, dit wordt een stikstof-leegstanddefect genoemd. Naast het bezitten van lading, deze onzuiverheid bezit een eigenschap die bekend staat als spin en die kan worden gebruikt om kwantuminformatie op te slaan. De spin kan worden geïnitialiseerd, gemanipuleerd, en "uitlezen" met een laser bij kamertemperatuur, in tegenstelling tot andere quantum computing-architecturen die lage temperaturen vereisen. Deze enkele onzuiverheid kan één foton tegelijk uitzenden. Een foton kan één qubit aan informatie bevatten. Onderzoekers ontdekten een eenvoudige methode om de kwantumtoestand van een stikstof-vacaturecentrum dat als qubit fungeert voor te bereiden en te manipuleren. Gates worden gebruikt om de elektronische overgangen van qubits voor te bereiden en te manipuleren. Een geometrische poort vertrouwt op de evolutie of het geometrische pad van de spin in plaats van energieverschillen die betrokken zijn bij de poorten die in traditionele computers worden gebruikt. Deze specifieke geometrische poort gebruikt een enkele laserpuls om de elektronenspin door een hogesnelheidscyclus te sturen. De geometrie van de cyclus wordt gecontroleerd door de enkele laserpuls en bepaalt de uiteindelijke poortoperaties en elektronische overgangen. Verder, zorgvuldige controle van de pulsenergie verbeterde de betrouwbaarheid van de elektronische overgang aanzienlijk in vergelijking met traditionele multi-pulstechnieken, het pad naar praktische kwantumtechnologieën vereenvoudigen.