Квантовая механика является одним из основных столпов современных физических исследований. Элементарные частицы и микроэлектроника давно живут по квантовым законам мира. Квантовая механика начинает работать при размере действия, сравнимом с постоянной Планка. Большую актуальность получили так называемые новые науки, находящиеся на стыке квантовой механики и информатики, такие как квантовая теория информации и информатики. Классическая информация представлена в битах вида 0 и 1. В квантовой же теории информации ячейкой памяти является кубит, который хранит в себе суперпозицию состояний 0 и 1.

В совместной лаборатории ФИАН и российского квантового центра проводится изучение центров окраски алмаза, так называемых NV-центров. Но что такое NV-центр? Давайте рассмотрим матрицу углерода (алмаза) в котором вместо одного углерода в атоме подставлен атом азота, а соседний атом отсутствует. Получившаяся система называется NV центром или центром окраски. Соответственно N-азот, а V-вакансия. У этого центра окраски имеется ось. Проекция спина электрона на эту ось сохраняется и может служить кубитом. Этот спин является суммарным спином всех электронов, задействованных в этой вставке. Соответственно этот спин мы и можем использовать в качестве квантовой памяти.
«Вы можете создавать состояние с проекцией ноль, с проекцией единичка на эту ось или суперпозицией «ноль плюс единичка», при этом ноль и единица будут представлены в суперпозиции с каким-то весом. По свечению NV центра вы можете определять его состояние. Если он в состоянии ноль, то светится более ярко. Если он в состоянии единичка, то – менее ярко. У нас есть возможность определить, где он был, просто по яркости. Как если бы у вас были две лампочки ноль и единичка» – комментирует работу старший научный сотрудник ФИАН, руководитель группы Квантовых симуляторов и интегрированной фотоники RQC, кандидат физико-математических наук Алексей Акимов.
Кроме того, мы имеем возможность манипулирования состоянием с помощью радиочастотного поля. Между двумя состояниями ноль и единица, прикладывая импульс, можно организовывать промежуточные состояния, либо полный переход из одного состояния в другое. Все зависит от длительности импульса, обычно эта длительность порядка десятков наносекунд. Таким образом, мы можем очень быстро готовить квантовые состояния, быстрее времен релаксации наших центров. То есть мы можем всегда приготовить необходимое нам состояние, посветив на него зеленым светом и затем приложив радиочастотное поле.
источник: fian-inform.ru
«Но это было бы не так интересно, если бы мы не могли использовать ядерный спин. Благодаря тому, что центр окраски и ядерный спин 13С могут находиться рядом, между ними возникает магнитное взаимодействие, которое позволяет переписывать информацию с электронного на ядерный спин и обратно.Так как ядерный спин намного меньше взаимодействует с внешним миром, то он является более изолированной, более долговременной, памятью.