Μια ερευνητική ομάδα στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ (UC Berkeley), υπό την επίβλεψη του Alp Sipahigil, απέδειξε πρόσφατα τη δυνατότητα αξιοποίησης ελαττωμάτων ατομικής κλίμακας σε τσιπ πυριτίου, γνωστών ως κέντρα Τ (T-centers), για τη δημιουργία μικρών μονάδων μνήμης πολλαπλών qubit. Η μελέτη αυτή, που δημοσιεύθηκε στο «Nature Nanotechnology», ανοίγει νέες προοπτικές για την ανάπτυξη κβαντικών τεχνολογιών βασισμένων στο πυρίτιο, το πλέον διαδεδομένο υλικό στη βιομηχανία ηλεκτρονικών.
Η καινοτομία των κέντρων Τ στο πυρίτιο
Το «κέντρο Τ στο πυρίτιο» είναι μια αναδυόμενη διεπαφή σπιν-φωτονίου που συνδυάζει οπτικές μεταβάσεις στην τηλεπικοινωνιακή ζώνη O-band με qubits σπιν που παρουσιάζουν χρόνους συνοχής σε κλίμακα χιλιοστοδευτερολέπτου. Ως σημειακό ελάττωμα στο πυρίτιο, το κέντρο Τ δείχνει πολλά υποσχόμενο για επεκτασιμότητα, αξιοποιώντας την ενσωμάτωση ηλεκτρονικών και φωτονικών συστημάτων υψηλής απόδοσης που είναι ήδη διαθέσιμη στο πυρίτιο. Η ομάδα πέτυχε έλεγχο επί του τσιπ ενός καταχωρητή τριών qubit με χρόνο συνοχής έως και 100 ms, χρησιμοποιώντας ένα μόνο κέντρο Τ ενσωματωμένο σε οπτικό κυματοδηγό.
Διαδικασία κατασκευής και φωτονική ενσωμάτωση
Για την υλοποίηση της συσκευής, οι ερευνητές δημιούργησαν τα κέντρα Τ χρησιμοποιώντας την τεχνική της εμφύτευσης ιόντων. Μετά την εμφύτευση, το τσιπ θερμάνθηκε με τη μέθοδο της ταχείας θερμικής ανόπτησης, επιτρέποντας στα άτομα να σταθεροποιηθούν στις σωστές θέσεις. Τέλος, κατασκευάστηκαν μικροσκοπικές οπτικές και ηλεκτρικές δομές μέσω της μεθόδου της λιθογραφίας. Η φωτονική ενσωμάτωση επιτρέπει τη σύζευξη της φωτοφωταύγειας του κέντρου Τ σε μια οπτική ίνα για τη συλλογή φωτονίων, ενώ οι μεταλλικές διαδρομές επιτρέπουν τον έλεγχο του σπιν πάνω στο ίδιο το τσιπ.
Το μέλλον των κβαντικών δικτύων επικοινωνίας
Οι δοκιμές έδειξαν ότι η συσκευή μπορεί να παράγει κβαντική σύμπλεξη μεταξύ των qubits και να διατηρεί τις πληροφορίες για σημαντικό χρονικό διάστημα. Η εργασία αυτή υποδηλώνει τη δυνατότητα χρήσης του κέντρου Τ ως έναν επεκτάσιμο κόμβο μνήμης για κβαντική επικοινωνία και επεξεργασία πληροφοριών. Οι ερευνητές επικεντρώνονται τώρα στη βελτίωση της ανάγνωσης των qubit και στη μείωση του οπτικού εύρους γραμμής για την ενεργοποίηση συνεκτικών πυλών σπιν-φωτονίου.
