A Wigner Fizikai Kutatóközpont (FK) kutatói az atomi szélességű volfrám-diszulfidba ágyazott szénatom kvantumbitként való használhatóságát vizsgálták a Nature Communications című folyóiratban megjelent, legújabb tanulmányukban. Eredményeikkel hozzájárultak ahhoz, hogy több kvantumbites logikai műveletek és kvantuminformatikai rendszerek valósulhassanak meg, kétdimenziós anyagokban előállított ponthibákkal.

A kvantumtechnológia azon eljárások és eszközök gyűjtőneve, amelyekben a kvantummechanika alapvető jelenségeit az informatika, a kommunikáció és a méréstechnika szolgálatába állítják, és a klasszikus megoldásokhoz képest pontosabb vagy gyorsabb eredményeket érnek el vele. Ezek a rendszerek alapvető építőkövei a kvantumbitnek vagy qubitnek nevezett kétállapotú rendszerek.

Mint a kutatóközpont csütörtöki közleményében olvasható, többféle kvantumrendszer vetődött már fel kvantumbitek megvalósítása céljából, és ezek között a félvezetőbe ágyazott ponthibák igen ígéretesek a szobahőmérsékleten való működés szempontjából.

A kristályokban a ponthibák gyakran előforduló molekulaszerű képződmények. Ezek a kristálynövekedés során vagy utólag, például ionbesugárzás révén jöhetnek létre. Azonban nem minden ponthiba vagy nem minden gazdakristály alkalmas kvantumbitek fizikai megvalósítására, az ilyen működésnek szigorú követelményei vannak.

Ez a fotonikus számítógép 200 másodperc alatt elvégzett egy olyan számítást, amely egy átlagos szuperszámítógépnek 2,5 milliárd évig tartanaForrás: Hansen Zhong

Ahhoz, hogy hatékony kvantumbiteket alkossanak, létfontosságú, hogy olyan rendszereket találjanak a kutatók, amelyeknek a kvantumállapotait jól tudjuk iniciálizálni, manipulálni és kiolvasni. Ehhez nemcsak a ponthibák atomi szintű kísérleti megismerésére és szerkezetének előállítására van szükség, hanem elektronszerkezetük és magnetooptikai tulajdonságaik részletes megismerésére is.

Az összegzés szerint a szilárdtestbe ágyazott ponthibák atomi szintű szimulációjának közelmúltbeli fejlődése lehetővé teszi, hogy számításokkal pontosan leírják ezeket a tulajdonságokat, valamint azt is, hogy egy adott célra új kvantumbit-típusok alkalmazhatóságát jósolják meg.

Gali Ádám kutatócsoportjának legfrissebb tanulmányában szisztematikusan vizsgálták a semleges töltésű szénhiba kvantumbitként való használhatóságát az atomi vastagságú volfrám-diszulfidban előforduló szénszubsztitúciós hibák atomi pontosságú előállítása terén elért legfrissebb eredményekre alapozva. Sűrűségfunkcionálelmélet-alapú számítással azt találták, hogy az anyagra jellemző óriási spin-pálya kölcsönhatás a gerjesztett állapotokat egymással keveri, és ennek köszönhetően foszforeszkál telekommunikációs hullámhosszon kibocsátva a koherens fényt e kétdimenziós anyagban. Eredményeik alapján ez a foszforeszkáló hiba kvantumbitként hasznosítható, amelyhez megadták a megfelelő kvantum-optikai eljárást, és ezzel megalapozták a skálázható kvantumbitek kvantumprotokollját is, mégpedig telekommunikációs hullámhosszú spin-foton interfésszel együtt.

A hagyományos háromdimenziós anyagokkal összehasonlítva a kétdimenziós anyagok a ponthibák könnyű manipulációját teszik lehetővé, és más architektúrákba is integrálhatóak. Gali Ádám kutatócsoportjának munkája hozzájárul ahhoz, hogy több kvantumbites logikai műveleteket és kvantuminformatikai rendszereket valósítsanak meg kétdimenziós anyagokban előállított ponthibákkal - olvasható a beszámolóban.