В якості кубітів — квантових носіїв інформації — в роботі використовували дефекти в структурі карбіду кремнію (sic), які також називаються центрами забарвлення, оскільки починають поглинати світло в спектрі, який раніше не був характерний для матеріалу. У цих місцях виникають просторово фіксовані електронні спини, станом яких можна управляти, записуючи інформацію у вигляді напрямку спина. Раніше на електронні спини для таких завдань впливали за допомогою електричного або магнітного поля або оптично. У новому дослідженні вчені запропонували робити це механічно — за допомогою поверхневих акустичних хвиль.
В описаному підході магнітне поле підлаштовує резонансні частоти електронного спина під частоту акустичної хвилі, а лазер переводить його з основного стану в збуджений. При зворотному переході в основний спіновий стан центр забарвлення випускає квант світла, за яким можна визначити стан спина. Завдяки поверхневим акустичним хвилям — звуковим коливанням на поверхні твердого тіла, схожим на морські хвилі-вчені можуть одночасно контролювати як основний, так і збуджений стан.
Але є процес, який сприяє втраті інформації-прецесія спина. Оскільки спін-уявна вісь обертання частинки, можна провести аналогію з обертанням дзиги: продовжуючи обертатися навколо своєї осі, він здатний відхилятися від вертикального положення, це і називають прецесією. Приблизно те ж відбувається з електронним спіном, і при кожному переході з основного стану в збуджене і назад вісь прецесії змінює свій напрямок. Велика різниця між напрямками осей прецесії в двох станах призводить до того, що орієнтація спина змінюється неконтрольовано, а квантова інформація втрачається всього за кілька таких переходів.
У своїй роботі вчені показали, як цьому запобігти: якщо правильно налаштувати резонансні частоти центру забарвлення, при переході між станами прецесійна орієнтація зберігається. А значить, зберігається і записана інформація.
Запропонований метод акустичної маніпуляції відкриває нові можливості для обробки квантової інформації в квантових пристроях, розміри яких відповідають розмірам сучасних мікрочіпів. Це зробить квантові технології дешевшими та доступнішими.
Опублікована в журналі science advances.
