การหมุนที่มืดสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์ควอนตัมที่ใช้เพชรได้

ประสิทธิภาพของเทคโนโลยีควอนตัมบางอย่างสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้โดยการใช้ประโยชน์จากปฏิสัมพันธ์ระหว่างศูนย์ไนโตรเจน-ว่าง (NV) และข้อบกพร่องบนพื้นผิวของเพชร ตามการวิจัยที่ทำโดยทีมนักวิทยาศาสตร์อิสระสองทีมในสหรัฐอเมริกา

ศูนย์ NV ในเพชรกลายเป็นแพลตฟอร์มโซลิดสเตตที่มีแนวโน้มดีสำหรับการตรวจจับควอนตัมและการประมวลผลข้อมูล สิ่งเหล่านี้คือข้อบกพร่องในตาข่ายเพชรซึ่งอะตอมของคาร์บอนสองอะตอมถูกแทนที่ด้วยอะตอมไนโตรเจนเดี่ยว ทำให้เหลือพื้นที่ขัดแตะหนึ่งตำแหน่ง ศูนย์ NV เป็นระบบสปินสองระดับที่สามารถเขียนและอ่านข้อมูลควอนตัมโดยใช้แสงเลเซอร์และไมโครเวฟ คุณสมบัติที่สำคัญของศูนย์ NV คือ เมื่อพวกมันถูกทำให้อยู่ในสถานะควอนตัมที่เฉพาะเจาะจงแล้ว พวกมันจะสามารถคงอยู่ในสถานะนั้นเป็นเวลาค่อนข้างนาน “เชื่อมโยงกัน” ซึ่งทำให้พวกมันมีประโยชน์ทางเทคโนโลยี

อ่อนไหวมาก

ศูนย์ NV มีความไวต่อสนามแม่เหล็กมาก ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้เพื่อสร้างเซ็นเซอร์สนามแม่เหล็กประสิทธิภาพสูงสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย อย่างไรก็ตาม ความไวนี้มีข้อเสียเนื่องจากแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กสามารถลดประสิทธิภาพของศูนย์ NV ได้

แหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กประการหนึ่งคือปฏิสัมพันธ์ระหว่างศูนย์กลาง NV และสปินของอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่บนพื้นผิวของเพชร ไม่สามารถตรวจจับสปินเหล่านี้ได้โดยใช้เทคนิคทางแสง ดังนั้นจึงเรียกว่า "สปินมืด"

ขณะที่พวกมันโต้ตอบกับศูนย์ NV สปินมืดสามารถทำลายข้อมูลควอนตัมที่จัดเก็บไว้ในศูนย์ NV หรือลดประสิทธิภาพของเซ็นเซอร์ที่ใช้ NV ปฏิกิริยาดังกล่าวสามารถลดลงได้โดยใช้ศูนย์ NV ซึ่งอยู่ลึกเข้าไปในเนื้อเพชรจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม วิธีการแก้ปัญหานี้ทำให้ยากขึ้นที่จะใช้พวกมันเพื่อรับรู้สนามแม่เหล็กบนสเกลความยาวที่สั้นมาก ซึ่งเป็นสิ่งที่มีประโยชน์สำหรับการศึกษาสปิน นิวเคลียส หรือโมเลกุลแต่ละตัว

มีประโยชน์ทางเทคโนโลยี

เนื่องจากความยากในการตรวจจับสปินมืด พฤติกรรมส่วนใหญ่ยังคงเป็นปริศนา อย่างไรก็ตาม การศึกษาก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าสปินมืดมีเวลาเชื่อมโยงกันนาน ซึ่งอาจเป็นประโยชน์ในเทคโนโลยีควอนตัม

ทั้งสองทีมตรวจสอบอันตรกิริยาระหว่างจุดศูนย์กลาง NV และสปินมืดโดยใช้การสั่นพ้องของอิเล็กตรอน-อิเล็กตรอนคู่ (DEER) นี่เป็นเทคนิคที่กำหนดระยะห่างระหว่างคู่ของอิเล็กตรอนหมุนโดยใช้คลื่นไมโครเวฟกับทั้งคู่พร้อมกัน

หนึ่งทีมนำโดย นาตาลี เดอ เลออน ที่มหาวิทยาลัยพรินซ์ตันใช้การวัด DEER เพื่อพัฒนาแบบจำลองว่าเวลาการเชื่อมโยงกันของศูนย์กลาง NV แปรผันตามความลึกใต้พื้นผิวของเพชรอย่างไร ทีมงานยังค้นพบว่าสปินมืดไม่คงที่ แต่แทนที่จะ "กระโดด" ระหว่างไซต์บนพื้นผิว การค้นพบเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าเทคโนโลยีที่ใช้ NV สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้โดยการเลือกความลึกที่เหมาะสมสำหรับศูนย์ NV และโดยการพัฒนาวิธีควบคุมการกระโดดของการหมุนมืด

การสะสมไอของสารเคมี

ขณะเดียวกัน นำทีมโดย นอร์มัน เหยา ที่มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ใช้เทคนิคที่คล้ายกันในการสำรวจว่าศูนย์ NV มีปฏิสัมพันธ์กับสปินมืดประเภทต่างๆ ที่เรียกว่า P1 อย่างไร สิ่งเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นบนพื้นผิวเพชรโดยการสะสมไอเคมีของไนโตรเจน

การปฏิวัติควอนตัมเพชร

ในการทดลองหนึ่ง นักวิจัยได้เตรียมอ่าง P1 ที่มีประชากรเบาบาง เพื่อให้ปฏิสัมพันธ์ระหว่างศูนย์ NV ครอบงำอิทธิพลของ P1 ในกรณีนี้ พวกเขาสามารถใช้คลื่นไมโครเวฟเพื่อแยกศูนย์ NV ออกจากกันหรือจากสิ่งเจือปน การศึกษานี้เผยให้เห็นว่าในกรณีนี้ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างศูนย์ NV มีอิทธิพลเหนือกระบวนการ deherence มากกว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างศูนย์ NV และ P1

อย่างไรก็ตาม เมื่อเหยาและเพื่อนร่วมงานเตรียมอ่าง P1 ที่มีความหนาแน่นมากขึ้น พวกเขาสามารถใช้ปฏิสัมพันธ์เพื่อแลกเปลี่ยนข้อมูลควอนตัมระหว่างศูนย์ NV และ P1 ได้ สภาพแวดล้อมควอนตัมที่อุดมสมบูรณ์นี้อาจมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการดำเนินการจำลองควอนตัมที่เกี่ยวข้องกับสปินที่มีปฏิสัมพันธ์มากมาย รวมถึงชีวโมเลกุลที่ซับซ้อนและสถานะที่แปลกใหม่ของสสาร

ทีมของ Yao อธิบายการทำงานใน กระดาษบน arXiv ที่ได้รับการยอมรับให้ตีพิมพ์ใน ฟิสิกส์ธรรมชาติ. De Leon และเพื่อนร่วมงานนำเสนอข้อค้นพบใน การทบทวนทางกายภาพ X.

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/dark-spins-could-boost-the-performance-of-diamond-based-quantum-devices/