Ускоренный поиск алмазных дефектов для квантовых систем
Исследователь из Принстонской лаборатории физики плазмы, работающий при Министерстве энергетики США, разработал новый вычислительный метод, который значительно ускоряет поиск алмазных материалов, подходящих для квантовых компьютеров и высокочувствительных датчиков. Этот подход, описанный в журнале ACS Central Science, позволяет оценивать перспективные материалы без необходимости моделирования всей кристаллической структуры, что существенно снижает вычислительные затраты. Сообщает ПГН | ПроГород Новости.
Квантовые технологии требуют материалов, способных поддерживать хрупкие квантовые состояния в реальных условиях. Многие известные материалы функционируют только при крайне низких температурах, в то время как некоторые свойства алмазов могут сохраняться при комнатной температуре. Это делает алмазные структуры многообещающими для разработки квантовых датчиков и компьютеров, которые в будущем смогут выполнять сложные вычисления быстрее, чем традиционные суперкомпьютеры.
Основу таких систем составляют не идеальные кристаллы, а небольшие дефекты в их решётке, возникающие, когда атом углерода отсутствует, заменён другим элементом или происходит комбинация этих изменений. Атомы, окружающие дефект, могут формировать кубиты — базовые элементы для хранения и обработки квантовой информации. Однако точное моделирование их свойств обычно требует значительных вычислительных ресурсов.
Автор метода, Марк Мартирез, предложил выделять вокруг дефекта небольшой участок из 16–30 атомов и рассматривать его как отдельную молекулу. Это позволяет применять уже известные химические вычислительные методы, сохраняя точность и уменьшая объём расчётов. С помощью новой схемы исследователи выявили перспективные дефекты с участием бора и кислорода: первые могут излучать ультрафиолетовый свет, а вторые — синий, в то время как широко изучаемые азотно-вакансионные центры дают красное свечение.
Различия в оптических свойствах могут позволить объединять несколько типов кубитов в одном устройстве и управлять одной группой, не затрагивая другую. Исследование также подчеркивает, что при создании квантовых материалов полезно сочетать физику твёрдого тела и химию. По мнению учёных, такой подход может помочь в разработке кубитов для конкретных задач, а более точные квантовые расчёты молекул в будущем могут поддержать исследования в области фармацевтики и материаловедения.
