Wetenschappers van NUST MISIS (Rusland) samen met collega's uit Zweden, Hongarije en de VS, een manier gevonden om stabiele qubits te maken die bij kamertemperatuur werken, in tegenstelling tot de meeste bestaande analogen. Dit opent nieuwe perspectieven voor het maken van een kwantumcomputer. Bovendien, de resultaten van het onderzoek kunnen nu al worden gebruikt om zeer nauwkeurige magnetometers te maken, biosensoren en nieuwe quantum-internettechnologieën. Het artikel is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Een kwantumbit (qubit) is de kleinste gegevensopslageenheid in kwantumsystemen, analoog aan het bekende bit in klassieke computerprocessen. Tot dusver, alleen prototypes van een kwantumcomputer zijn gemaakt, maar wetenschappers zijn het erover eens dat in de toekomst, zo'n computer zal ongelooflijke rekencapaciteiten hebben. Tegelijkertijd, kwantumtechnologieën zijn al in gebruik op een aantal gebieden, zoals ultraveilige communicatielijnen.

Een van de belangrijkste problemen is de instabiliteit van qubits en extreem lage temperaturen die nodig zijn voor hun werking. Vandaag, de meest populaire soorten qubits zijn die op supergeleidende materialen of op enkele atomen. Zowel de eerste als de tweede bestaan ​​alleen bij extreem lage temperaturen, enorme kosten voor constante systeemkoeling. Halfgeleidermaterialen kunnen een veelbelovende analoog worden. Bijvoorbeeld, het is bekend dat een qubit kan worden gemaakt op een puntdefect in een diamantrooster. Het defect treedt op als gevolg van de vervanging van één koolstofatoom (C) door een stikstofatoom (N), met een gebrek, vacature (V) in de buurt. Het was al bewezen dat zo'n qubit succesvol zou werken bij kamertemperatuur.

Wetenschappers van de National University of Science and Technology MISIS (Rusland) en Linköping University (Zweden) hebben samen met collega's uit Hongarije en de VS een manier gevonden om stabiele halfgeleiderqubits te maken met behulp van een ander materiaal, siliciumcarbide (SiC). Dit is veel eenvoudiger en kosteneffectiever in vergelijking met diamant. SiC werd al beschouwd als een veelbelovend materiaal voor het maken van qubits, maar soms, dergelijke qubits degradeerden onmiddellijk bij kamertemperatuur. Vandaar, wetenschappers gericht op het uitzoeken van de structurele wijziging die zou zorgen voor een stabiele werking van qubits.

"Om een ​​qubit te maken, een puntdefect in een kristalrooster wordt geëxciteerd met behulp van laser, en wanneer een foton wordt uitgezonden, dit defect begint op te lichten. Eerder werd bewezen dat er zes pieken worden waargenomen in de luminescentie van SiC, genoemd van PL1 tot PL6, respectievelijk. We kwamen erachter dat dit te wijten is aan een specifiek defect, waar een enkele 'verplaatste' atoomlaag, stapelfout genoemd, verschijnt in de buurt van twee vacante posities in het rooster, ", zegt professor Igor Abrikosov van de Universiteit van Linköping.

Nu bekend is met welk structureel kenmerk SiC-qubits bij kamertemperatuur zullen werken, deze functie kan kunstmatig worden gecreëerd, bijvoorbeeld, door middel van chemische dampafzetting. Deze ontwikkeling opent nieuwe perspectieven voor het creëren van een kwantumcomputer die bij kamertemperatuur kan werken. Bovendien, volgens wetenschappers, de resultaten kunnen al worden gebruikt om zeer nauwkeurige magnetometers te maken, biosensoren en nieuwe quantum-internettechnologieën.