Kohärenzzeit von Diamantdefekt-Qubits an der Michigan State University auf 1,27 Millisekunden verlängert

de.wedoany.com-Bericht: Einem Forschungsteam der Michigan State University (MSU) ist es gelungen, ein auf Nickel-Fehlstellen (NiV⁻) basierendes Qubit zu demonstrieren, dessen Kohärenzzeit unter rein optischer Kontrolle mehr als eine Millisekunde beträgt.

Die Studie positioniert Übergangsmetall-Defekte als Alternative zu den Farbzentren Stickstoff-Fehlstelle (NV) und Silizium-Fehlstelle (SiV), die langlebige Quantenspeicher, optische Kontrollfähigkeit und Nahinfrarot-Photonenemission vereinen. Die Ergebnisse wurden auf der Preprint-Plattform arXiv veröffentlicht.

Das Team nutzte eine rein optische dynamische Entkopplungstechnik, um die Kohärenzzeit eines einzelnen NiV⁻-Defekts von 371 Nanosekunden auf 1,27 Millisekunden zu verlängern. Mittels Raman-Rabi-Oszillationen und Ramsey-Interferometrie konnte das Qubit vollständig durch Lichtpulse gesteuert und ausgelesen werden. Anders als viele Quantenhardware-Plattformen arbeitet die Vorrichtung bei einer Temperatur von 1,65 Kelvin und ist mit kompakten Closed-Cycle-Kryostaten kompatibel, ohne dass ein Verdünnungskryostat erforderlich ist.

Herkömmliche diamantbasierte Quantenhardware steht vor einer langjährigen Herausforderung: die Kombination einer effizienten optischen Schnittstelle mit einer ausreichend langen Kohärenzzeit, um praktikable Quantenspeicher und vernetzte Quantensysteme zu unterstützen. Die Forscher geben an, dass die spin-Bahn-geschützte Grundzustandskohärenz und die Nahinfrarot-Photonenemission in Nickel-Fehlstellen-Defekten sie für zukünftige verteilte Quantencomputer und Quantennetzwerkarchitekturen geeignet machen könnten.

Die Forscher weisen jedoch darauf hin, dass bis zu einem großflächigen Systemeinsatz noch erhebliche Arbeit ansteht. Die aktuelle Studie befasst sich mit einzelnen Nickel-Fehlstellen-Defekten, die bei kryogenen Temperaturen betrieben werden. Um die theoretisch vorhergesagte Kohärenzzeit von etwa 30 Millisekunden zu erreichen, sind eine weitere Verbesserung der Materialreinheit und Isotopentechnik erforderlich. Zukünftige Arbeiten werden sich auf die zuverlässige Erzeugung und Kontrolle mehrerer Nickel-Fehlstellen-Defekte konzentrieren – ein notwendiger Schritt hin zu skalierbaren Quantengeräten und vernetzten Quantensystemen.