Comment les diamants défectueux conduisent à des réseaux quantiques sans faille


Comment les diamants défectueux conduisent à des réseaux quantiques sans faille

Crédit photo : Tokyo Tech

La couleur d’un diamant provient d’un défaut ou « vide » où un atome de carbone est absent du réseau cristallin. offres d’emploi intéressent depuis longtemps les chercheurs en électronique car elles peuvent être utilisées comme des « nœuds quantiques » ou des points qui forment un réseau quantique pour le transfert de données. Une façon d’introduire un défaut dans un diamant est de l’implanter avec d’autres éléments tels que l’azote, le silicium ou l’étain. Dans une étude récemment publiée dans Photonique ACS, des scientifiques japonais montrent que les centres de vacance de plomb en diamant ont les bonnes propriétés pour agir comme des nœuds quantiques. « L’utilisation d’un atome lourd du groupe IV comme le plomb est une stratégie simple pour obtenir des propriétés de spin supérieures à des températures élevées, mais les études précédentes n’ont pas permis de déterminer avec précision les propriétés optiques des centres de vacance de plomb », explique le professeur agrégé Takayuki Iwasaki de l’Institut de de Tokyo. (Tokyo Tech) qui a dirigé l’étude.

Les trois propriétés critiques que les chercheurs recherchent dans un nœud quantique potentiel sont la symétrie, le temps de cohérence de spin et les lignes à phonons nuls (ZPL) ou les lignes de transition électroniques qui n’affectent pas les « phonons », les quanta des vibrations du réseau cristallin. La symétrie offre des informations sur le contrôle du spin (vitesse de rotation des particules subatomiques telles que les électrons), la cohérence fait référence à une nature d’onde identique de deux particules et les ZPL décrivent la qualité optique du cristal.

Les chercheurs ont créé les lacunes de plomb dans le diamant, puis ont exposé le cristal à haute pression et haute température. Ils ont ensuite examiné les lacunes de plomb avec la spectroscopie de photoluminescence, une technique avec laquelle on peut lire les propriétés optiques et estimer les propriétés de spin. Ils ont découvert que les postes vacants de plomb avaient une sorte de symétrie dièdre qui convient à la construction de réseaux quantiques. Ils ont également constaté que le système avait une grande « division de l’état fondamental », une propriété qui contribue à la cohérence du système. Finalement, ils ont vu que le traitement à haute pression et à haute température qu’ils ont appliqué aux cristaux a supprimé une distribution inhomogène des ZPL en rétablissant les dommages causés au réseau cristallin pendant le processus d’implantation. Un calcul simple a montré que les lacunes de plomb présentaient un temps de cohérence de spin plus long à une température plus élevée (9K) que les systèmes antérieurs avec des lacunes de silicium et d’étain.

« La simulation que nous avons présentée dans notre étude semble suggérer que le de vacance principal sera probablement un système essentiel pour créer une interface quantique-lumière-matière – l’un des éléments clés dans l’application des réseaux quantiques. », conclut un Dr optimiste. . Iwasaki.

Cette étude ouvre la voie au développement futur de grandes plaquettes de diamant (défectueuses) et de films de diamant minces () dotés de propriétés fiables pour les applications de réseaux quantiques.


L’ère des centres de couleur mono-spin en carbure de silicium approche


Plus d’information:
Peng Wang et al., Enquête spectroscopique à basse température des centres d’inoccupation de plomb dans le diamant produit par un traitement à haute pression et à haute température, Photonique ACS (2021). DOI : 10.1021 / acsphotonics.1c00840

Fourni par l’Institut de technologie de Tokyo

Citation: les diamants défectueux mènent à des réseaux quantiques sans défaut (2021, 1er octobre), consulté le 2 octobre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-10-flawed-diamonds-flawless-quantum-networks.html

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