양자 방사체의 발전은 양자 인터넷을 향한 진전을 의미합니다

양자 컴퓨터를 연결하고 고도로 안전한 데이터 전송이 가능한 양자 인터넷의 전망은 매력적이지만, 이는 엄청난 과제를 안겨줍니다. 양자 정보를 전송하려면 기존 광섬유 네트워크에 사용되는 광원이 아닌 개별 광자를 사용하여 작업해야 합니다. 개별 광자를 생성하고 조작하기 위해 과학자들은 컬러 센터라고도 알려진 양자 발광기로 전환하고 있습니다. 반도체 재료의 이러한 원자 규모 결함은 고정된 파장 또는 색상의 단일 광자를 방출할 수 있으며 광자가 제어된 방식으로 전자 스핀 특성과 상호 작용할 수 있도록 합니다.

한 연구팀은 최근 펄스 이온 빔을 사용하여 양자 방출기를 생성하는 보다 효과적인 기술을 시연하여 양자 방출기가 형성되는 방식에 대한 이해를 심화시켰습니다. 이 작업은 에너지부 로렌스 버클리 국립 연구소(버클리 연구소)의 연구원인 Thomas Schenkel, Liang Tan 및 버클리 ​​캘리포니아 대학의 전기 공학 및 컴퓨터 과학 부교수이기도 한 Boubacar Kanté가 주도했습니다. 결과는 Physics Review Applied에 게재되었으며 양자 정보를 처리 및 전송하고 이를 정밀하게 생성하기 위한 최고의 양자 결함 방출기를 식별하기 위한 팀의 더 큰 노력의 일부입니다.

Berkeley Lab의 ATAP(Accelerator Technology & Applied Physics) 부문 수석 과학자인 Schenkel은 "우리가 만들고 있는 컬러 센터는 양자 인터넷의 백본이자 확장 가능한 양자 정보 처리를 위한 핵심 리소스가 될 후보입니다."라고 말했습니다. "확장 가능한 양자 컴퓨팅을 위해 양자 컴퓨팅 노드 연결을 지원할 수 있습니다."

“우리가 만들고 있는 컬러 센터는 양자 인터넷의 백본이자 확장 가능한 양자 정보 처리를 위한 핵심 리소스가 될 후보입니다.”— Thomas Schenkel

이 연구에서 팀은 두 개의 대체 탄소 원자와 약간 떨어져 있는 실리콘 원자로 구성된 실리콘의 특정 유형의 색상 중심을 제조하는 것을 목표로 했습니다. 결함을 생성하는 기존 방법은 고에너지 이온의 연속 빔으로 실리콘을 공격하는 것입니다. 그러나 연구원들은 펄스 이온 빔이 훨씬 더 효율적이어서 원하는 색상 중심을 더 많이 생성한다는 것을 발견했습니다.

ATAP의 박사후 연구원이자 해당 논문의 첫 번째 저자인 Wei Liu는 "우리는 이러한 결함이 펄스 이온 빔으로 더 쉽게 생성될 수 있다는 사실에 놀랐습니다."라고 말했습니다. "현재 업계와 학계에서는 연속 빔을 주로 사용하지만 우리는 보다 효율적인 접근 방식을 시연했습니다."

연구원들은 온도와 시스템 에너지가 급격하게 변하는 펄스 빔에 의해 생성된 일시적 여기는 레이저 구동 가속기의 펄스 이온 빔을 사용한 초기 연구를 통해 확립한 보다 효율적인 색 중심 형성의 핵심이라고 믿습니다. 커뮤니케이션 자료.

팀은 광학 신호를 조사하기 위해 매우 민감한 근적외선 감지기를 사용하여 극저온에서 색상 중심을 특성화했습니다. 그들은 색상 중심을 생성하는 데 사용되는 이온 빔의 강도가 방출되는 광자의 광학적 특성을 변경한다는 사실을 발견했습니다. NERSC(National Energy Research Scientific Computing Center)의 Perlmutter 시스템에 대한 대규모 컴퓨터 시뮬레이션은 발견에 대한 추가 통찰력을 제공하여 방출된 광자의 파장이 결정 격자의 변형에 민감하다는 것을 밝혔습니다.

Molecular Foundry의 박사후 연구원이자 해당 논문의 공동 저자인 Vsevolod Ivanov는 “제1원리 전자 구조 계산은 결함 특성을 이해하기 위한 방법이 되었습니다.”라고 덧붙였습니다. "우리는 복잡한 환경에서도 결함이 어떻게 행동하는지 예측할 수 있는 지점에 도달했습니다."

이번 발견은 또한 방사선 센서로서 양자 방출체 색상 센터의 새로운 응용을 제안합니다.

버클리 연구소 분자 주조소의 연구원인 Tan은 “이것은 새로운 방향을 제시합니다.”라고 말했습니다. “우리는 양성자와 실리콘을 부딪히는 것만으로 이 색상 중심을 형성할 수 있습니다. 우리는 방사선이 어느 방향으로 왔는지에 따라 이러한 다양한 변형장을 볼 수 있기 때문에 방향성을 갖춘 암흑물질 또는 중성미자 검출기로 이를 잠재적으로 사용할 수 있습니다."