Разместив на образце экзотического материала — сверхчистого кремния, легированного висмутом, микроволновую резонансную полость, исследователи из Национальной Лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) обнаружили, что таким способом можно быстро переключать спины электронов из возбужденного в базовое состояние с высвобождением энергии в виде микроволнового фотона.

Спонтанный переход спина электрона в релаксированное состояние с испусканием фотона (эффект Парселла) это крайне маловероятное событие, естественным образом оно происходит раз в 10 тыс. лет. В экспериментах была продемонстрирована ускоренная релаксация спинов с излучением фотона примерно раз в секунду. Ученые считают возможным дальнейший рост частоты переключений спинов — до 1 кГц (раз в миллисекунду), что открыло бы для этой технологии многие новые приложения.

Полученные результаты были представлены онлайн в журнале Nature 15 февраля. Их значение для квантовой обработки информации заключается в том, что это первый шаг к связыванию индивидуальных спинов электронов с микроволновыми фотонами — основе новой архитектуры квантовых компьютеров со спиновыми кубитами.

Джон Мортон (John Morton), профессор Лондонского центра нанотехнологий и соавтор статьи назвал предельной целью данного исследования нахождение связи между фиксированной квантовой информацией и движущейся, транспортируемой фотонами.