存储和处理量子信息的新可能性

时间：2021-09-22 17:25:01 来源：

记忆候选人的光明未来：Max Planck研究人员使用智能化学显微镜和激光技术在钇外硅酸盐的晶体晶体中解决了近镨离子。这使得与其他内存候选者相比，可以在这些离子中存储量子信息的可能性。

来自Max Planck Institute的科学家在晶体中逃离稀土离子进行了高分辨率光谱和显微镜，打开了未来的存储和处理量子信息的可能性。

有希望的材料作为量子记忆的候选者汇入本身。Max Planck Erlangen的Max Planck科学研究所的团队是第一个成功进行高分辨率光谱和显微镜的才能在晶体中欣赏稀土离子。借助于巧妙的激光和显微镜技术，它们确定了在几纳米的钇外硅酸盐中进行了三级带电阳性镨原子（PR3 +）的位置，并研究了它们与光的弱相互作用。除了对基础研究的影响外，工作可能对未来量子计算机进行重要贡献，因为所研究的离子适用于存储和处理量子信息。

在全球范围内，众多研究人员正在研究未来量子计算机的组件，这将能够比今天更快地处理信息。这些超级计算机的关键要素包括具有与原子类似的光学性质的量子系统。这就是为什么许多研究人员目前将注意力集中在钻石或半导体量子点上的发光晶体缺陷（“颜色中心”）等不同系统上的注意力。但是，到目前为止，没有理想的解决方案。“一些光源以无法控制的方式失去了亮度或闪烁，”Vahid Sandoghdar解释说，在埃尔兰根的光明科学研究所领先纳米光学部门。“其他人受到它们被嵌入的环境的大大影响。”

研究人员观察到近离子的信号

众所周知，稀土离子如钕或铒，不会遭受这些问题 - 这也是它们在激光或激光放大器中发挥关键作用的原因。然而，它们只发出弱，因此难以检测。这恰恰是Tobias Utickal，Emanuel Eichhammer和Sepeoghdar在Erlangen集团的斯蒂芬Götzinger已经成功做：经过超过六年的密集研究，他们能够检测到近期的镨离子，精确地针对几纳米的准确度，以前从未实现的精度测量它们的光学性质。

Triply充电的阳性离子嵌入微晶和钇硅酸盐（YSO）的微晶和纳米晶体中。它们的能量仅略微不同，具体取决于它们在晶体中的位置。换句话说，它们反应到略微不同的频率。科学家们用它来激发晶体中的辛辛那，激光和观察它们在光线形式的一段时间后它们会发出能量。“因为稀土离子对晶体的热和声振荡的热和声学振荡强烈影响，其一些能量状态异常稳定，”Sandoghdar说。“在迄今为止已经调查的大多数其他量子系统中，它需要超过一分钟才需要进入地面状态。”

目的是为了更容易在未来更容易观察的信号。由于目前近100个光子近100光子，因此基于Erlangen的科学家希望使用纳米天线和微胶囊来扩增镨信号一百或一千次。

出版物：T. Utikal等，“晶体中的单个镨离子的光谱检测和状态制备，”自然通信5，物品编号：3627; DOI：10.1038 / ncomms4627

研究报告的PDF副本：晶体中单个镨离子的检测，光谱学和状态制备

图像：光线科学

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