جامعة ولاية ميشيغان الأمريكية تمدد زمن الترابط الكمي لعيوب الألماس إلى 1.27 ملي ثانية

أخبار ar.wedoany.com، عرض فريق بحثي من جامعة ولاية ميشيغان (Michigan State University) الأمريكية بتة كمومية (qubit) تعتمد على عيوب الفراغ النيكلي (NiV⁻)، حيث تجاوز زمن الترابط الكمي (coherence time) لها ملي ثانية واحدة تحت التحكم البصري الكامل.

يصنف هذا البحث عيوب المعادن الانتقالية كبديل لمراكز اللون من نوع الفراغ النيتروجيني (NV) والفراغ السيليكوني (SiV)، حيث تجمع بين ذاكرة كمومية طويلة العمر، وقدرات التحكم البصري، وخصائص انبعاث فوتونات في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة. وقد نُشرت النتائج ذات الصلة على منصة arXiv للطباعة المسبقة.

استخدم الفريق تقنية فصل الديناميكي البصري الكامل (all-optical dynamic decoupling) لتمديد زمن الترابط الكمي لعيب NiV⁻ مفرد من 371 نانو ثانية إلى 1.27 ملي ثانية. ومن خلال قياسات تذبذبات رابي الرامانية (Raman Rabi oscillations) وقياسات رامزي التداخلية (Ramsey interferometry)، يمكن التحكم بالبتة الكمومية وقراءتها بالكامل عبر نبضات ضوئية. وعلى عكس العديد من منصات الأجهزة الكمومية، تعمل هذه المنصة عند درجة حرارة 1.65 كلفن، وهي متوافقة مع مبردات الدورة المغلقة المدمجة، دون الحاجة إلى مبردات التخفيف.

تواجه الأجهزة الكمومية التقليدية القائمة على الألماس تحدياً طويل الأمد: كيفية الجمع بين واجهة بصرية فعالة وزمن ترابط كمي طويل بما يكفي لدعم الذواكر الكمومية العملية والأنظمة الكمومية الشبكية. ويشير الباحثون إلى أن تماسك الحالة الأرضية المحمي بالدوران المغزلي-المداري (spin-orbit protected ground-state coherence) في عيوب الفراغ النيكلي، إلى جانب خصائص انبعاث الفوتونات في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة، يجعلها مرشحة محتملة للتطبيقات المستقبلية في الحوسبة الكمومية الموزعة وهياكل الشبكات الكمومية.

في الوقت نفسه، يشير الباحثون إلى أن هذه المنصة لا تزال بحاجة إلى قدر كبير من العمل قبل أن تصبح قابلة للنشر على نطاق واسع. فالبحث الحالي يتناول عيب فراغ نيكلي مفرد يعمل في ظروف درجات حرارة منخفضة. وللوصول إلى زمن الترابط الكمي النظري المتوقع البالغ حوالي 30 ملي ثانية، يلزم مزيد من تحسين نقاء المواد والهندسة النظائرية. ستركز الأعمال المستقبلية على الإنشاء والتحكم الموثوقين لعدة عيوب فراغ نيكلي، وهي خطوة ضرورية نحو الأجهزة الكمومية القابلة للتوسع والأنظمة الكمومية الشبكية.