[논문] 연구원들은 양자 네트워크용 실리콘의 큐비트를 조사하고 제어하는 ​​플랫폼을 개발합니다.

기존 통신 기술과 인프라를 사용할 수 있다면 양자 인터넷을 구축하는 것이 훨씬 쉬울 것입니다. 지난 몇 년 동안 연구자들은 널리 사용되는 통신 파장을 통해 양자 정보를 전송하고 저장하는 데 사용할 수 있는 유비쿼터스 반도체 재료인 실리콘에서 결함을 발견했습니다. 실리콘의 이러한 결함이 양자 통신을 위한 큐비트를 호스팅할 유망한 모든 후보 중에서 최선의 선택이 될 수 있을까요?

Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences(SEAS)의 응용물리학 및 전기공학과 Tarr-Coyne 교수인 Evelyn Hu는 “아직도 거친 서부입니다.”라고 말했습니다.

“새로운 후보 결함이 유망한 양자 메모리 플랫폼임에도 불구하고 특정 레시피를 사용하여 이를 생성하는 이유와 앙상블에서도 결함 및 상호 작용을 신속하게 특성화할 수 있는 방법에 대해 알려진 바가 거의 없는 경우가 많습니다.

“그리고 궁극적으로 동일한 특성을 나타내도록 그들의 행동을 미세 조정할 수 있는 방법은 무엇일까요? 우리가 이 넓은 가능성의 세계에서 기술을 만들려면 그들을 더 낫고, 더 빠르고, 더 효율적으로 특성화할 수 있는 방법이 있어야 합니다.”

이제 Hu와 연구진은 잠재적으로 강력한 양자 시스템을 조사하고 상호 작용하며 제어할 수 있는 플랫폼을 개발했습니다. 그만큼 장치 반도체 칩의 가장 일반적인 구성 요소 중 하나인 간단한 전기 다이오드를 사용하여 상업용 실리콘 웨이퍼 내부의 큐비트를 조작합니다.

이 장치를 사용하여 연구원들은 결함이 온도 변화에 어떻게 반응하는지 탐색할 수 있었습니다. 전기장통신 대역 내에서 파장을 조정하고 심지어 켜고 끌 수도 있습니다.

“실리콘에 이러한 결함이 있는 가장 흥미로운 점 중 하나는 이 친숙한 재료에 다이오드와 같이 잘 알려진 장치를 사용하여 완전히 새로운 양자 시스템을 이해하고 이를 통해 새로운 작업을 수행할 수 있다는 것입니다.”라고 박사인 Aaron Day가 말했습니다. 디. SEAS 후보. Day는 하버드 연구원인 Madison Sutula와 함께 연구를 주도했습니다.

연구팀은 실리콘의 결함을 특성화하기 위해 이 접근법을 사용했지만 다른 재료 시스템의 결함에 대한 진단 및 제어 도구로 사용될 수 있습니다.

연구는 출판됨 ~에 네이처커뮤니케이션즈.

양자 결함이라고도 함 컬러 센터 또는 양자 방출체는 단일 전자를 가둘 수 있는 완벽한 결정 격자의 불완전성입니다. 이러한 전자가 레이저에 부딪히면 특정 파장의 광자를 방출합니다.

연구자들이 가장 관심을 갖고 있는 실리콘의 결함 양자 통신 G 센터와 T 센터로 알려져 있습니다. 이러한 결함이 전자를 가두게 되면 전자는 통신에 널리 사용되는 O 밴드라고 불리는 파장의 광자를 방출합니다.

이번 연구에서 팀은 G 센터 결함에 중점을 두었습니다. 그들이 알아내야 할 첫 번째 일은 그것을 만드는 방법이었습니다. 결정 격자에서 원자가 제거되는 다른 유형의 결함과 달리 G 중심 결함은 격자에 원자, 특히 탄소를 추가하여 만들어집니다. 그러나 Hu, Day 및 나머지 연구팀은 결함을 지속적으로 형성하려면 수소 원자를 추가하는 것도 중요하다는 것을 발견했습니다.

다음으로, 연구원들은 결함이나 다이오드의 성능을 저하시키지 않고 모든 장치의 중앙에 결함을 최적으로 샌드위치시키는 새로운 접근 방식을 사용하여 전기 다이오드를 제작했습니다.

제조 방법을 사용하면 상업용 웨이퍼 전체에 결함이 내장된 수백 개의 장치를 만들 수 있습니다. 전체 장치를 연결하여 전압 또는 전기장을 적용한 결과, 팀은 장치 전체에 음의 전압이 가해지면 결함이 꺼지고 어두워지는 것을 발견했습니다.

Day는 “환경 변화로 인해 신호 손실이 발생하는 시기를 이해하는 것은 네트워킹 애플리케이션에서 안정적인 시스템을 엔지니어링하는 데 중요합니다.”라고 말했습니다.

연구원들은 또한 국부적인 전기장을 사용함으로써 결함에 의해 방출되는 파장을 조정할 수 있다는 것을 발견했는데, 이는 서로 다른 양자 시스템을 정렬해야 할 때 양자 네트워킹에 중요합니다.

팀은 또한 진단 도구 전기장이 가해짐에 따라 장치에 내장된 수백만 개의 결함이 공간에서 어떻게 변하는지 이미지화합니다.

“우리는 결함에 대한 전기적 환경을 수정하는 방식에 공간적 프로파일이 있다는 것을 발견했으며, 결함에 의해 방출되는 빛의 강도 변화를 확인함으로써 이를 직접적으로 이미지화할 수 있습니다”라고 Day는 말했습니다.

“너무 많은 이미터를 사용하고 성능에 대한 통계를 얻음으로써 이제 결함이 환경 변화에 어떻게 반응하는지 잘 이해할 수 있습니다. 해당 정보를 사용하여 미래 장치에서 이러한 결함에 대한 최상의 환경을 구축하는 방법을 알릴 수 있습니다. 무엇이 이러한 결함을 행복하게 만들고 불행하게 만드는지 더 잘 이해하게 됩니다.”

다음으로 팀은 동일한 기술을 사용하여 T-center를 이해하는 것을 목표로 합니다. 결함 실리콘에.